FPGA芯片本身不具备非易失性存储能力，需通过外部配置实现逻辑功能，常见的配置方式可分为在线配置和离线配置两类。在线配置需依赖外部设备（如计算机、微控制器），在系统上电后，外部设备通过特定接口（如JTAG、USB）将配置文件（通常为.bit文件）传输到FPGA的配置存储器（如SRAM）中，完成配置后FPGA即可正常工作。这种方式的优势是配置灵活，开发者可快速烧录修改后的配置文件，适合开发调试阶段，例如通过JTAG接口在线调试时，可实时更新FPGA逻辑，验证新功能。离线配置则无需外部设备，配置文件预先存储在非易失性存储器（如SPIFlash、ParallelFlash、SD卡）中，系统上电后，FPGA会自动从存储器中读取配置文件并加载，实现工作。SPIFlash因体积小、功耗低、成本适中，成为离线配置的主流选择，容量通常从8MB到128MB不等，可存储多个配置文件，支持通过板载按键切换加载内容。部分FPGA还支持多配置模式，可在系统运行过程中切换配置文件，实现功能动态更新，例如在通信设备中，可通过切换配置实现不同通信协议的支持。 电力电子设备用 FPGA 实现精确控制算法。北京赛灵思FPGA
FPGA的发展与技术创新紧密相连。近年来，随着工艺技术的不断进步，FPGA的集成度越来越高，逻辑密度不断增加，能够在更小的芯片面积上实现更多的逻辑功能。这使得FPGA在处理复杂任务时具备更强的能力。同时，新的架构设计不断涌现，一些FPGA引入了嵌入式处理器、数字信号处理（DSP）块等模块，进一步提升了其在特定领域的处理性能。在信号处理领域，结合了DSP块的FPGA能够更高效地完成滤波、调制解调等复杂信号处理任务。随着人工智能和大数据技术的发展，FPGA也在不断演进，以更好地适应这些新兴领域的需求，如优化硬件架构以加速神经网络运算等。浙江XilinxFPGA学习步骤可重构性让 FPGA 适应多变的应用需求。
FPGA在工业成像和检测领域发挥着重要作用。在工业生产过程中，对产品质量检测的准确性和实时性要求极高。例如在半导体制造过程中，需要对芯片进行高精度的缺陷检测。FPGA可用于处理图像采集设备获取的图像数据，利用其并行处理能力，快速对图像进行分析和比对。通过预设的算法，能够精细识别出芯片表面的微小缺陷，如划痕、孔洞等。与传统的图像处理方法相比，FPGA能够在更短的时间内完成检测任务，提高生产效率。在工业自动化生产线的物料分拣环节，FPGA可根据视觉传感器采集的图像信息，快速判断物料的形状、颜色等特征，控制机械臂准确地抓取和分拣物料，提升生产线的自动化水平。
FPGA的基本结构-时钟管理模块（CMM）：时钟管理模块（CMM）在FPGA芯片内部犹如一个精细的“指挥家”，负责管理芯片内部的时钟信号。它的主要职责包括提高时钟频率和减少时钟抖动。时钟信号就像是FPGA运行的“节拍器”，各个逻辑单元的工作都需要按照时钟信号的节奏来进行。CMM通过时钟分频、时钟延迟、时钟缓冲等一系列操作，确保时钟信号能够稳定、精细地传输到FPGA芯片的各个部分，使得FPGA内部的逻辑单元能够在统一、稳定的时钟控制下协同工作，从而保证了整个FPGA系统的运行稳定性和可靠性，对于一些对时序要求严格的应用，如高速数据通信、高精度信号处理等，CMM的作用尤为关键。环境监测设备用 FPGA 处理多传感器数据。
FPGA在工业物联网网关中的功能实现：工业物联网网关作为连接工业设备与云端平台的关键节点，需要具备强大的数据处理和协议转换能力，FPGA在其中的功能实现为工业物联网的稳定运行提供了支撑。工业现场存在多种类型的设备，如传感器、控制器、执行器等，这些设备采用的通信协议各不相同，如Modbus、Profinet、EtherCAT等。FPGA能够实现多种协议的解析和转换功能，将不同设备产生的数据转换为统一的格式传输到云端平台，确保数据的互联互通。例如，当网关接收到采用Modbus协议的传感器数据和采用Profinet协议的控制器数据时，FPGA可以同时对这两种协议的数据进行解析，提取有效信息后转换为标准的TCP/IP协议数据，再发送到云端。在数据预处理方面，FPGA可以对采集到的工业数据进行滤波、降噪、格式转换等处理，去除无效数据和干扰信号，提高数据的质量和准确性。同时，FPGA的高实时性确保了数据能够及时传输和处理，满足工业生产对实时监控和控制的需求。此外，FPGA的抗干扰能力能够适应工业现场复杂的电磁环境，保障网关在粉尘、振动、高温等恶劣条件下稳定工作，为工业物联网的高效运行提供可靠保障。Verilog 代码可描述 FPGA 的逻辑功能设计。XilinxFPGA交流
雷达信号处理依赖 FPGA 的高速计算能力。北京赛灵思FPGA
布局布线是FPGA设计中衔接逻辑综合与配置文件生成的关键步骤，分为布局和布线两个紧密关联的阶段。布局阶段需将门级网表中的逻辑单元（如LUT、FF、DSP）分配到FPGA芯片的具体物理位置，工具会根据时序约束、资源分布和布线资源情况优化布局，例如将时序关键的模块放置在距离较近的位置，减少信号传输延迟；将相同类型的模块集中布局，提高资源利用率。布局结果会直接影响后续布线的难度和时序性能，不合理的布局可能导致布线拥堵，出现时序违规。布线阶段则是根据布局结果，通过FPGA的互连资源（导线、开关矩阵）连接各个逻辑单元，实现网表定义的电路功能。布线工具会优先处理时序关键路径，确保其满足延迟要求，同时避免不同信号之间的串扰和噪声干扰。布线完成后，工具会生成时序报告，显示各条路径的延迟、裕量等信息，开发者可根据报告分析是否存在时序违规，若有违规则需调整布局约束或优化RTL代码，重新进行布局布线。部分FPGA开发工具支持增量布局布线，当修改少量模块时，可保留其他模块的布局布线结果，大幅缩短设计迭代时间，尤其适合大型项目的后期调试。 北京赛灵思FPGA
