1.2 FPGA的典型應用領域

FPGA因具備接口、控制、功能IP和內嵌CPU等特點而有條件實現一個構造簡單、固化程度高、功能全面的系統。FPGA可以實現各種復雜的邏輯功能，具有在線可編程特性，因而應用范圍非常廣，如數據采集、接口邏輯、電平接口、數字信號處理等眾多領域。

1.2.1 數據采集和接口邏輯領域

1．FPGA在數據采集領域的應用

由于自然界的信號大部分是模擬信號，因此一般的信號處理系統中都要包括數據采集功能。對于數據采集通常的實現方法是利用A/D轉換器將模擬信號轉換為數字信號后，傳輸給處理器，例如利用單片機（MCU）或者數字信號處理器（DSP）進行運算和處理。

對于低速的A/D和D/A轉換器，可以采用標準的SPI接口與MCU或者DSP通信。但是，對于高速的A/D和D/A轉換芯片，例如視頻Decoder或者Encoder，則不能與通用的MCU或者DSP直接連接。在這種場合下，可由FPGA完成數據采集的黏合邏輯功能。

2．FPGA在接口邏輯領域的應用

在實際的產品設計中，很多情況下產品需要與PC機進行數據通信。例如，將采集到的數據傳輸給PC機處理，或者將處理后的結果傳輸給PC機進行顯示等。PC機與外部系統通信的接口比較豐富，有ISA、PCI、PCI Express、PS/2、USB等。

傳統的設計中往往需要用到專用的接口芯片，例如PCI接口芯片。如果需要的接口比較多，就得有較多的外圍芯片，這樣產品的體積、功耗都比較大。采用FPGA方案后，接口邏輯都可以在FPGA內部實現，大大簡化了外圍電路的設計。

在現代電子產品設計中，存儲器得到了廣泛的應用，例如SDRAM、SRAM、Flash等。這些存儲器都有各自的特點和用途，合理地選擇存儲器類型可以實現產品的最佳性價比。由于FPGA的功能可以完全由自己設計，因此可以實現各種存儲接口的控制器。

3．FPGA在電平接口領域的應用

除了TTL、COMS接口電平之外，LVDS、HSTL、GTL/GTL+、SSTL等新的電平標準逐漸被很多電子產品采用。例如，液晶屏驅動接口一般都是LVDS接口，數字I/O一般是LVTTL電平，DDR SDRAM電平一般是HSTL的。

在這樣的混合電平環境里面，如果用傳統的電平轉換器件實現接口會導致電路復雜性提高。而利用FPGA支持多電平共存的特性，可以大大簡化設計方案，降低設計風險。

1.2.2 高性能數字信號處理領域

無線通信、軟件無線電、高清影像編輯和處理等領域，對信號處理所需要的計算量提出了極高的要求。傳統的解決方案一般是采用多片DSP并聯構成多處理器系統來滿足需求，但是多處理器系統帶來的主要問題是設計復雜度和系統功耗都大幅度提升，系統穩定性受到影響。FPGA支持并行計算，而且密度和性能都在不斷提高，已經可以在很多領域替代傳統的多DSP解決方案。FPGA的實現流程和ASIC芯片的前端設計相似，有利于導入芯片的后端設計。

1.2.3 其他應用領域

除了上面一些應用領域外，FPGA在其他領域同樣具有廣泛的應用：

汽車電子領域，如網關控制器／車用PC機、遠程信息處理系統等。

軍事領域，如安全通信、雷達和聲納、電子戰等。

測試和測量領域，如通信測試和監測、半導體自動測試設備、通用儀表等。

消費產品領域，如顯示器、投影儀、數字電視和機頂盒、家庭網絡等。

醫療領域，如軟件無線電、電療、生命科學等。