物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術的推動，集成電路技術和計算機技術得到蓬勃發(fā)展。電子產(chǎn)品設計系統(tǒng)日趨數(shù)字化、復雜化和大規(guī)模集成化，各種電子系統(tǒng)的設計軟件應運而生。在這些專業(yè)化軟件中，EDA(Electronic Design Automation)具有一定的代表性。EDA技術是一種基于芯片的現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計方法。它的優(yōu)勢主要集中在能用HDL語言進行輸入、進行PEn(可編程器件)的設計與仿真等系統(tǒng)設計?，F(xiàn)場可編程門陣列FPGA作為集成度和復雜程度最高的可編程ASIC。是ASIC的一種新型門類，它建立在創(chuàng)新的發(fā)明構(gòu)思和先進的EDA技術之上。

FPGA(Field Programmable Gate Array)是一種以數(shù)字電路為主的集成芯片，屬于可編程邏輯器件(Programmable Logic Device，PLD)的一種。它是在PAL(可編程陣列邏輯)、GAL(通用陣列邏輯)等可編程器件的基礎上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。FPGA作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。

采用FPGA技術集成設計數(shù)字電路產(chǎn)品最大的特點就是可以使設計和實現(xiàn)相統(tǒng)一。無須前期風險投資，而且設計實現(xiàn)均在實驗室的EDA開發(fā)系統(tǒng)上進行，周期很短，大大有利于產(chǎn)品的市場競爭需求，所以FPGA的應用設計。特別適應于電子新產(chǎn)品的小批量開發(fā)?？蒲许椖康臉訖C試制以及ASIC產(chǎn)品設計的驗證，能夠進行現(xiàn)場設計實現(xiàn)、現(xiàn)場仿真及現(xiàn)場修改。

FPGA所具有的無限次可重復編程能力，靈活的體系結(jié)構(gòu)，豐富的觸發(fā)器及布線資源等一系列的特點使得它可以滿足電子產(chǎn)品設計的多種需求。FPGA的應用領域主要集中在替換通用邏輯和復雜邏輯、重復編程使用、板極設計集成、高速計數(shù)器、加減法器、累加器和比較器的實現(xiàn)、總線接口邏輯等方面。面對科學技術高速發(fā)展，熟練的掌握EDA設計技術，靈活巧妙的使用FPGA至關重要。

FPGA設計流程可分為以下步驟：

設計輸入：使用硬件描述語言(HDL)、狀態(tài)圖、原理圖等形式進行設計輸入，還可以使用一些專用語言如Quartus下的AHDL。

邏輯綜合：從RTL描述生成邏輯電路的過程，輸出網(wǎng)表文件，其中包括邏輯門、觸發(fā)器等邏輯元素的集合以及它們的連接關系。

技術映射：將網(wǎng)表所表示的邏輯映射到FPGA實際的邏輯元素的過程。

仿真驗證：用仿真工具對設計進行仿真，確認設計的電路是否得到了預期輸出，包括前仿真和后仿真兩個階段。

布局布線：利用片上邏輯和布線等資源實現(xiàn)網(wǎng)表的過程，包括布局和布線兩個步驟。

時序仿真與驗證：在布局布線完成后，根據(jù)布局布線的仿真結(jié)果進一步仿真，估算布線時序事件并考慮這些因素。

配置下載：將最終設計的電路結(jié)構(gòu)以FPGA內(nèi)邏輯元素和布線開關的編程數(shù)據(jù)的形式保存，并使用編程器將這些配置文件寫入FPGA器件中。這些步驟完成后，就能得出最終的FPGA應用設計方案。

FPGA的優(yōu)點主要包括：靈活性高，F(xiàn)PGA可以重新編程以實現(xiàn)各種不同的邏輯功能，這使得FPGA在進行快速原型開發(fā)時具有很大的優(yōu)勢，可以在短時間內(nèi)完成產(chǎn)品開發(fā)。在無法預料的應用場景下，F(xiàn)PGA也能快速應對變化的需求。低成本，與ASIC相比，F(xiàn)PGA的設計成本低得多，因為ASIC的設計需要花費大量的人力、時間和金錢進行驗證和測試，而FPGA則可以通過開發(fā)板進行測試，省去了設計所需的時間和成本。

運行速度快，F(xiàn)PGA的邏輯門可以以并行的方式工作，相比于CPU串行的方式，F(xiàn)PGA具有更快的計算速度，優(yōu)化計算強度較高的應用。

可重用性好：FPGA的設計可以被反復使用，減少了產(chǎn)品開發(fā)周期，也因此降低了開發(fā)成本。通信高速接口設計，F(xiàn)PGA可以用來做高速信號處理，比如對數(shù)據(jù)進行抽取濾波，降低數(shù)據(jù)速率，使信號容易處理和傳輸。數(shù)字信號處理，F(xiàn)PGA可以進行圖像處理、雷達信號處理、醫(yī)學信號處理等，實時性好，用面積換速度，比CPU快的多。

大規(guī)模并行度：通過并發(fā)和流水兩種技術實現(xiàn)，并發(fā)是指重復分配計算資源，使得多個模塊之間可以同時獨立進行計算。

作為現(xiàn)代集成電路設計的重點與熱點，FPGA設計一般采用自頂向下、由粗到細、逐步求精的方法。設計最頂層是指系統(tǒng)的整體要求，最下層是指具體的邏輯電路實現(xiàn)。自頂向下是將數(shù)字系統(tǒng)的整體逐步分解為各個子系統(tǒng)和模塊，若子系統(tǒng)規(guī)模較大則進一步分解為更小的子系統(tǒng)和模塊，層層分解，直至整個系統(tǒng)中各子模塊關系合理、便于設計實現(xiàn)為止。