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。 嵌入式系统中 FPGA 扩展处理器功能边界。山西核心板FPGA编程
FPGA的定义与本质：FPGA，即现场可编程门阵列（Field-ProgrammableGateArray），从本质上来说，它是一种半导体设备。其内部由可配置的逻辑块和互连构成，这一独特的结构使其拥有了强大的可编程能力，能够实现各种各样的数字电路。与集成电路（ASIC）不同，ASIC是专门为特定任务定制的，虽然能提供优化的性能，但一旦制造完成，功能便难以更改。而FPGA则像是一个“积木”，用户可以根据自己的需求，通过编程对其功能进行灵活定义，在保持高性能的同时，适应各种不同的任务，这种灵活性和适应性是FPGA的优势，也让它在数字电路设计领域占据了重要地位。内蒙古MPSOCFPGA加速卡电力系统中 FPGA 监测电网参数波动。
FPGA在工业控制领域的应用-自动化控制：工业控制领域对实时性和可靠性有着严苛的要求，FPGA在自动化控制方面展现出了强大的优势。在工业自动化生产线上，FPGA可用于可编程逻辑控制器（PLC）和机器人控制，如伺服电机控制。以西门子（Siemens）的工业自动化系统为例，其中的FPGA能够实现高速、精确的运动控制。它可以根据预设的程序和传感器反馈的信号，快速地计算出电机的控制参数，实现电机的精细定位和速度调节。在复杂的自动化生产线中，多个FPGA协同工作，能够实现对各种设备的协调控制，确保生产过程的高效、稳定运行，提高工业生产的自动化水平和生产效率。
FPGA的配置方式多种多样，为其在不同应用场景中的使用提供了便利。多数FPGA基于SRAM（静态随机存取存储器）进行配置，这种方式具有灵活性高的特点。当FPGA上电时，配置数据从外部存储设备（如片上非易失性存储器、外部存储器或配置设备）加载到SRAM中，从而决定了FPGA的逻辑功能和互连方式。这种可随时重新加载配置数据的特性，使得FPGA在运行过程中能够根据不同的任务需求进行动态重构。一些FPGA还支持JTAG（联合测试行动小组）接口配置方式，通过该接口，工程师可以方便地对FPGA进行编程和调试，实时监测和修改FPGA的配置状态，提高开发效率。FPGA 的动态功耗与信号翻转频率相关。
FPGA的低功耗设计需从芯片选型、电路设计、配置优化等多维度入手，平衡性能与功耗需求。芯片选型阶段，应优先选择采用先进工艺（如28nm、16nm、7nm）的FPGA，先进工艺在相同性能下功耗更低，例如28nm工艺FPGA的静态功耗比40nm工艺降低约30%。部分厂商还推出低功耗系列FPGA，集成动态电压频率调节（DVFS）模块，可根据工作负载自动调整电压和时钟频率，空闲时降低电压和频率，减少功耗。电路设计层面，可通过减少不必要的逻辑切换降低动态功耗，例如采用时钟门控技术，关闭空闲模块的时钟信号；优化状态机设计，避免冗余状态切换；选择低功耗IP核，如低功耗UART、SPI接口IP核。配置优化方面，FPGA的配置文件可通过工具压缩，减少配置过程中的数据传输量，降低配置阶段功耗；部分FPGA支持休眠模式，闲置时进入休眠状态，保留必要的电路供电，唤醒时间短，适合间歇工作场景（如物联网传感器节点）。此外，PCB设计也会影响FPGA功耗，合理布局电源和地平面，减少寄生电容和电阻，可降低电源损耗；采用多层板设计，优化信号布线，减少信号反射和串扰，间接降低功耗。低功耗设计需结合具体应用场景，例如便携式设备需优先控制静态功耗，数据中心加速场景需平衡动态功耗与性能。 物联网网关用 FPGA 实现协议转换功能。XilinxFPGA论坛
FPGA 的可测试性设计便于故障定位。山西核心板FPGA编程
逻辑综合是FPGA设计流程中的关键环节，将硬件描述语言（如Verilog、VHDL）编写的RTL代码，转换为与FPGA芯片架构匹配的门级网表。这一过程主要包括三个步骤：首先是语法分析与语义检查，工具会检查代码语法是否正确，是否存在逻辑矛盾（如未定义的信号、多重驱动等），确保代码符合设计规范；其次是逻辑优化，工具会根据设计目标（如面积、速度、功耗）对逻辑电路进行简化，例如消除冗余逻辑、合并相同功能模块、优化时序路径，常见的优化算法有布尔优化、资源共享等；将优化后的逻辑电路映射到FPGA的可编程逻辑单元（如LUT、FF）和模块（如DSP、BRAM）上，生成门级网表，网表中会明确每个逻辑功能对应的硬件资源位置和连接关系。逻辑综合的质量直接影响FPGA设计的性能和资源利用率，例如针对速度优化时，工具会优先选择高速路径，可能占用更多资源；针对面积优化时，会尽量复用资源。开发者可通过设置综合约束（如时钟周期、输入输出延迟）引导工具实现预期目标，部分高级工具还支持增量综合，对修改的模块重新综合，提升设计效率。 山西核心板FPGA编程
