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外文翻译 FPGA 技术介绍系 部：文翻译班 级：姓 名：学 号：指导教师： 年 月 日 FPGA 技术介绍概述： 场域可程式化闸阵列 FPGA 技术正持续发展，而全世界 FPGA 市场的产值，则预估可从 2005 年的 19 亿美金提升到 2010 年的 27 亿 5 千万美金。FPGA 是在 1984 年由Xilinx 公司所发明，从简单的胶合逻辑 Glue logic 晶片，演变为可取代客制的特定应用积体电路 ASIC 与处理器，适用于讯号处理与控制应用。为何 FPGA 技术如此成功？此篇文章将介绍 FPGA，并说明数项让 FPGA 如此独特的优点。什么是 FPGA？ 最笼统来说，FPGAs 即为可再程式化的晶片。透过预先建立的逻辑区块与可程式化路由资源，不需更改面包板或焊锡部分，即可设定这些晶片以建置客制硬体功能。使用者可于软体中开发数位运算系统 Computing task 并将之编译为组态档案或位元流 Bitstream，可包含元件接线的相关资讯。此外，FPGA 完全为可重设性质，当使用者重新编译不同的电路设定时，可立刻拥有不同的特性。在过去，工程师必须深入了解数位硬体设计，才能够使用 FPGA 技术。然而，高阶设计工具的新技术可针对图形化程式区或 C 程式码，转换为数位硬体电路，即变更了 FPGA 程式设计的规则。 FPGA 整合了 ASIC 与处理器架构系统的最佳部分，使 FPGA 晶片可应用于所有产业。FPGA 具有硬体时脉的速度与可靠性，且其仅需少量即可进行作业；可降低客制化 ASIC设计的费用。可重新程式设计的晶片，具有与软体相同的弹性，却不受限于处理核心的数量。与处理器不同的是，FPGA 为实际的平行架构，因此不同的处理作业并不需要占用相同资源。每个独立的处理作业均将指派至专属的晶片区块，不需影响其他逻辑区块即可自动产生功能。因此，当新增其他处理作业时，应用某部分的效能亦不会受到影响。FPGA 技术的 5 大优点 ： 效能– 透过硬体的平行机制，FPGA 可突破依序执行 Sequential execution 的固定运算，并于每时脉循环完成更多作业，以超越数位讯号处理器 DSP 的计算功能。BDTI 为着名的分析公司，并于某些应用中使用 DSP 解决方案，以计算 FPGA 的处理效能 2。于硬体层级控制 I/O 可缩短回应时间并特定化某些功能，以更符合应用需求。 上市时间– 针对上市时间而言，FPGA 技术具有弹性与快速原型制作的功能。使用者不需进行客制化 ASIC 设计的冗长建构过程，即可于硬体中测试或验证某个观念 3。并仅需数个小时即可建置其他变更作业，或替换 FPGA 设计。现成的 COTS 硬体亦可搭配使用不同种类的 I/O，并连接至使用者设定的 FPGA 晶片。高阶软体工具正不断提升其适用性，缩短了抽象层 Layer of abstraction 的学习时间，并针对进阶控制与讯号处理使用 IP cores预先建立的函式。 成本– 客制化 ASIC 设计的非重置研发 NRE 费用，远远超过 FPGA 架构硬体解决方案的费用。ASIC 的大型初始投资，可简单认列于 OEM 每年所出货的数千组晶片，但是许多末端使用者更需要客制硬体功能，以用于开发过程中的数百组系统。而可程式化晶片的特性，即代表低成本的架构作业，或组装作业的长前置时间。由于系统需求随时在变化，因此若与 ASIC 的庞大修改费用相较，FPGA 设计的成本实在微不足道。 可靠性– 正如软体工具提供程式设计的环境，FPGA 电路亦为程式执行的「坚强」建置方式。处理器架构的系统往往具有多个抽象层，以协助多重处理程序之间的作业排程与资源分享。驱动层 Driver layer 控制硬体资源，而作业系统则管理记忆体与处理器频宽。针对任何现有的处理器核心来说，每次仅可执行 1 组指令码；而处理器架构的系统则可连续处理重要作业。FPGA 不需使用作业系统，并将产生问题的机会降至最低，以平行执行功能与专属精密硬体执行作业。 长期维护– 如稍早所提，FPGA 晶片为即时升级 Field-upgradable 特性，不需如ASIC 重新设计的时间与费用。举例来说，数位通讯协定的规格可随时间而改变，而 ASIC架构的介面却可能产生维护与向下相容的问题。FPGA 具有可重设性质，可随时因应未来的需要而进行修改。当产品或系统趋于成熟时，不需耗时重新设计或修改机板配置，即可提升相关功能。函数发生器的介绍：函数发生器是一种生产设备简单重复的波形。这种装置含有一个电子振荡器，电路，能够创 （现代设备可使用数字信号处理合成波形，然后数模转换器，产生模拟造一个重复的波形。 。最常见的波形是一个正弦波和锯齿波，冲）输出） ，三角波振荡器通常可以是任意波形发生器（ AWGs）