1.2 FPGA的典型应用领域

FPGA因具备接口、控制、功能IP和内嵌CPU等特点而有条件实现一个构造简单、固化程度高、功能全面的系统。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，具有在线可编程特性，因而应用范围非常广，如数据采集、接口逻辑、电平接口、数字信号处理等众多领域。

1.2.1 数据采集和接口逻辑领域

1．FPGA在数据采集领域的应用

由于自然界的信号大部分是模拟信号，因此一般的信号处理系统中都要包括数据采集功能。对于数据采集通常的实现方法是利用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号后，传输给处理器，例如利用单片机（MCU）或者数字信号处理器（DSP）进行运算和处理。

对于低速的A/D和D/A转换器，可以采用标准的SPI接口与MCU或者DSP通信。但是，对于高速的A/D和D/A转换芯片，例如视频Decoder或者Encoder，则不能与通用的MCU或者DSP直接连接。在这种场合下，可由FPGA完成数据采集的黏合逻辑功能。

2．FPGA在接口逻辑领域的应用

在实际的产品设计中，很多情况下产品需要与PC机进行数据通信。例如，将采集到的数据传输给PC机处理，或者将处理后的结果传输给PC机进行显示等。PC机与外部系统通信的接口比较丰富，有ISA、PCI、PCI Express、PS/2、USB等。

传统的设计中往往需要用到专用的接口芯片，例如PCI接口芯片。如果需要的接口比较多，就得有较多的外围芯片，这样产品的体积、功耗都比较大。采用FPGA方案后，接口逻辑都可以在FPGA内部实现，大大简化了外围电路的设计。

在现代电子产品设计中，存储器得到了广泛的应用，例如SDRAM、SRAM、Flash等。这些存储器都有各自的特点和用途，合理地选择存储器类型可以实现产品的最佳性价比。由于FPGA的功能可以完全由自己设计，因此可以实现各种存储接口的控制器。

3．FPGA在电平接口领域的应用

除了TTL、COMS接口电平之外，LVDS、HSTL、GTL/GTL+、SSTL等新的电平标准逐渐被很多电子产品采用。例如，液晶屏驱动接口一般都是LVDS接口，数字I/O一般是LVTTL电平，DDR SDRAM电平一般是HSTL的。

在这样的混合电平环境里面，如果用传统的电平转换器件实现接口会导致电路复杂性提高。而利用FPGA支持多电平共存的特性，可以大大简化设计方案，降低设计风险。

1.2.2 高性能数字信号处理领域

无线通信、软件无线电、高清影像编辑和处理等领域，对信号处理所需要的计算量提出了极高的要求。传统的解决方案一般是采用多片DSP并联构成多处理器系统来满足需求，但是多处理器系统带来的主要问题是设计复杂度和系统功耗都大幅度提升，系统稳定性受到影响。FPGA支持并行计算，而且密度和性能都在不断提高，已经可以在很多领域替代传统的多DSP解决方案。FPGA的实现流程和ASIC芯片的前端设计相似，有利于导入芯片的后端设计。

1.2.3 其他应用领域

除了上面一些应用领域外，FPGA在其他领域同样具有广泛的应用：

汽车电子领域，如网关控制器／车用PC机、远程信息处理系统等。

军事领域，如安全通信、雷达和声纳、电子战等。

测试和测量领域，如通信测试和监测、半导体自动测试设备、通用仪表等。

消费产品领域，如显示器、投影仪、数字电视和机顶盒、家庭网络等。

医疗领域，如软件无线电、电疗、生命科学等。