通俗解说FPGA五大应用场合

前一篇我们主要以单片机为例子讲述了FPGA和单片机内部结果的差异来解释“现场可编程的门阵列”。既然两者在编程设计上不一样，那么，在应用上又有什么不一样呢？还是以单片机为例子讲解。

单片机的用途非常广，广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制、工业控制等领域。那么，作为结构比较复杂的FPGA，实现功能强大，但是实现难度也很大，所以FPGA一般是用在哪里？

一般用在通讯的接口设计上，还有数字信号处理等比较高端的场合。什么是高端场合？高端场合就是数据量特别大，速度特别快，进度要求特别高，这种场合就会用到FPGA, 而一般的应用上，比方说我们控制方面的，日常使用上，那么我们的单片机是用的比较多。

FPGA还有一个特殊的应用场合，就是作为ASIC 的原型验证。例如，我们都知道，集成电路的一个设计开发流程时间很长，而且风险很高，当我们做一个集成电路开发的时候，从代码编写到仿真验证，到最后的布局布线，到最后的生产出来，短则需要几个月，甚至到一两年，都是可能的。而且不到最后生产出来的一刻，你都不知道它是否成功，没有真正的电路跑过，只能在电脑上进仿真，为了保证这种成功率，让我们的生产一次就能通过，能成功。一般来说，在产品决定生产之前，就需要让FPGA去跑一跑，去验证下需要实现的功能，所以，FPGA的一个作用就是集成硬件的原型验证的功能。

除了上面的通讯接口、数字化处理等高端场合，以及原型验证场合。还有另一个用得比较多的场合，即“非标场合”。什么是非标场合，首先我们来谈一下标准场合，例如大家可以看到我们电路里面有很多电路的标准，接口标准，电路标准，比如大家看得清楚的，USB接口，还有手机充电接口，都是只有两三个，比如说苹果手机它也有自己的接口，这就是一个接口标准，这个接口定下来了，大家都遵守它、支持它，这个市场量很大。但是，还有一种特殊场合，它的市场上本身就不大，设计、生产出来，本身只有限量版十几台或者几百台，比如说原子弹，可能生产几千个，不可能生产几十万个，那么它所配套的电路也不需要那么多，可能一点点够了，这个就是一个特殊的场合，在这种场合之下不用定标准的接口，一般会有自己特殊定义的接口。而且这种情况下，很难找到对应的芯片实现各种接口，此时，FPGA就派上用场了，根据它的可编特点，去设计它的内部结构电路，然后进行对接，实现我们需要的功能。这也是FPGA比较常见的一个应用场合——军工领域。

除了军工领域的应用，还有一个领域也是应用得比较多的，那就是新科技、新科学的一个新型应用，当市场还没开拓的时候，没有人会大量生产一批芯片，这时候FPGA就根据电路设计，根据技术设计新产品，并且生产出来看看市场的反应，如果市场反应良好，就会进行大规模的生产和应用。所以，一般涉及创新的科技产品，都需要应用到FPGA，一般来说，用FPGA来开发的人才也是创新型人才。

随着科技的飞速发展，生活中越来越多领域需要创新，需要创造更新的领域，因此，FPGA的应用也越来越广泛，更深入。与之需求的FPGA技术工程师也越来越紧缺。

单片机的发展趋势及应用领域

单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：

在智能仪器仪表上的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备(功率计，示波器，各种分析仪)。

在工业控制中的应用

用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

在家用电器中的应用

可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

在计算机网络和通信领域中的应用

现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

单片机在医用设备领域中的应用

单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。

此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。

现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。

纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：

低功耗CMOS化

MCS-51系列的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS(互补金属氧化物半导体工艺)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。CMOS虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗象电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。

微型单片化

现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储(RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。

此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。

主流与多品种共存

现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以C8051为核心的单片机占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集(RISC)也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEK公司近年的单片机产量与日俱增，与其低价质优的优势，占据一定的市场分额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这种情形将得以延续，将不存在某个单片机一统天下的垄断局面，走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。

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