FPGA的发展可追溯到20世纪80年代初。1985年，赛灵思公司（Xilinx）推出FPGA器件XC2064，开启了FPGA的时代。初期的FPGA容量小、成本高，但随着技术的不断演进，其发展经历了发明、扩展、积累和系统等多个阶段。在扩展阶段，新工艺使晶体管数量增加、成本降低、尺寸增大；积累阶段，FPGA在数据通信等领域占据市场，厂商通过开发软逻辑库等应对市场增长；进入系统时代，FPGA整合了系统模块和控制功能。如今，FPGA已广泛应用于众多领域，从通信到人工智能，从工业控制到消费电子，不断推动着各行业的技术进步。FPGA 的引脚分配需考虑信号完整性要求。河北学习FPGA代码
FPGA在轨道交通信号系统中的应用保障：轨道交通信号系统是保障列车安全运行的关键，对设备的可靠性、实时性和安全性要求极高，FPGA在其中的应用为信号系统的稳定运行提供了保障。在列车自动防护系统（ATP）中，FPGA用于实现列车位置检测、速度计算和安全距离控制等功能。通过对接收到的轨道电路信号、应答器信息和车载传感器数据的实时处理，FPGA准确计算列车的实时位置和运行速度，并与前方列车的位置信息进行比较，生成速度限制命令，确保列车之间保持安全距离。在列车自动监控系统（ATS）中，FPGA能够处理大量的列车运行状态数据和调度命令，实现对列车运行的实时监控和调度优化。它可以对列车的到站时间、发车时间、运行区间等信息进行实时更新和分析，为调度人员提供准确的决策依据，提高轨道交通的运行效率。此外，FPGA的高抗干扰能力和容错设计能够适应轨道交通复杂的电磁环境和恶劣的工作条件，确保信号系统在发生局部故障时仍能维持基本功能，保障列车的安全运行。FPGA的可维护性也使得信号系统能够方便地进行功能升级和故障修复，降低了系统的维护成本。嵌入式FPGA基础雷达信号处理依赖 FPGA 的高速并行计算。
FPGA在工业物联网网关中的功能实现：工业物联网网关作为连接工业设备与云端平台的关键节点，需要具备强大的数据处理和协议转换能力，FPGA在其中的功能实现为工业物联网的稳定运行提供了支撑。工业现场存在多种类型的设备，如传感器、控制器、执行器等，这些设备采用的通信协议各不相同，如Modbus、Profinet、EtherCAT等。FPGA能够实现多种协议的解析和转换功能，将不同设备产生的数据转换为统一的格式传输到云端平台，确保数据的互联互通。例如，当网关接收到采用Modbus协议的传感器数据和采用Profinet协议的控制器数据时，FPGA可以同时对这两种协议的数据进行解析，提取有效信息后转换为标准的TCP/IP协议数据，再发送到云端。在数据预处理方面，FPGA可以对采集到的工业数据进行滤波、降噪、格式转换等处理，去除无效数据和干扰信号，提高数据的质量和准确性。同时，FPGA的高实时性确保了数据能够及时传输和处理，满足工业生产对实时监控和控制的需求。此外，FPGA的抗干扰能力能够适应工业现场复杂的电磁环境，保障网关在粉尘、振动、高温等恶劣条件下稳定工作，为工业物联网的高效运行提供可靠保障。
FPGA在消费电子领域也有着广泛的应用。以视频处理为例，随着4K/8K视频技术的普及，对视频编解码的效率和实时性要求越来越高。传统处理器在处理高清视频流时，往往会出现延迟现象，影响观看体验。而FPGA能够利用其高性能特性，实现高效的视频压缩和解压缩。在高清视频流媒体应用中，FPGA可以实时对视频进行转码，确保视频能够流畅播放。在游戏硬件方面，FPGA可用于图形渲染和物理模拟，加速复杂的光线追踪算法，提升游戏画面的真实感和流畅度，为玩家带来更加沉浸式的游戏体验。逻辑综合将 HDL 转化为 FPGA 网表文件。
FPGA的基本结构精巧而复杂，由多个关键部分协同构成。可编程逻辑单元（CLB）作为重要部分，由查找表（LUT）和触发器组成。LUT能够实现各种组合逻辑运算，如同一个灵活的逻辑运算器，根据输入信号生成相应的输出结果。触发器则用于存储电路的状态信息，确保时序逻辑的正确执行。输入输出块（IOB）负责FPGA芯片与外部电路的连接，支持多种电气标准，能够适配不同类型的外部设备，实现数据的高效交互。块随机访问存储器模块（BRAM）可用于存储大量数据，并支持高速读写操作，为数据处理提供了快速的数据存储和读取支持。时钟管理模块（CMM）则负责管理芯片内部的时钟信号，保障整个FPGA系统稳定、高效地运行。先进制程降低 FPGA 的静态功耗水平。山西嵌入式FPGA学习板
锁相环为 FPGA 提供稳定的时钟信号源。河北学习FPGA代码
FPGA的基本结构-输入输出块（IOB）：输入输出块（IOB）在FPGA中扮演着“桥梁”的角色，负责连接FPGA芯片和外部电路。它承担着FPGA数据信号收录和传输的关键作业要求，支持多种电气标准，如LVDS、PCIe等。通过IOB，FPGA能够与外部的各种设备，如传感器、执行器、其他集成电路等进行顺畅的通信。无论是将外部设备采集到的数据输入到FPGA内部进行处理，还是将FPGA处理后的结果输出到外部设备执行相应操作，IOB都发挥着至关重要的作用，确保了FPGA与外部世界的数据交互准确无误。河北学习FPGA代码
