2008 年年初，某著名嵌入式系統 IT 公司為了幫助其產品售后工程師和在線技術支持工程師更好的理解其產品，舉行了 ASIC/FPGA 基礎專場培訓．由于后者因為保密制度而只能接觸到板級電路圖和 LAYOUT，同時因 ASIC/FPGA 都是典型的 SoC 應用，通常只是將 ASIC/FPGA 當作黑盒來理解，其猜測性讀圖造成公司與外部及公司內部大量的無效溝通．培訓結束后 ， 參與者紛紛表示 ASIC/FPGA 的白盒式剖析極大提高了對產品的理解，有效解決了合作伙伴和客戶端理解偏異性問題，參加培訓的工程師小 L 表示 ：“FPGA 同時擁有強大的處理功能和完全的設計自由度，以致于它的行業對手 ASIC 的設計者在做 wafer fabrication 之前 ， 也大量使用 FPGA 來做整個系統的板級仿真，學習 FPGA 開發知識不但提升了我們的服務質量從個人角度講也提升了自己的價值。”

　　實際上，小 L 只是中國數十萬 FPGA 開發工程師中一個縮影，目前，隨著 FPGA 從可編程邏輯芯片升級為可編程系統級芯片，其在電路中的角色已經從最初的邏輯膠合延伸到數字信號處理、接口、高密度運算等更廣闊的范圍，應用領域也從通信延伸到消費電子、汽車電子、工業控制、醫療電子等更多領域，現在，大批其他領域的工程師也像小 L 一樣加入到 FPGA 學習應用大軍中。未來，隨著 FPGA 把更多的硬核如 PowerPC? 處理器等集成進來，以及采用新的工藝將存儲單元集成，FPGA 越來越成為一種融合處理、存儲、接口于一體的超級芯片，“FPGA 會成為一種板級芯片，未來的電子產品可以通過配置 FPGA 來實現功能的升級，實際上，某些通信設備廠商已經在嘗試這樣做了。”賽靈思公司全球資深副總裁湯立人這樣指出。可以想象，未來，FPGA 開發能力對工程師而言將成為類似 C 語言的基礎能力之一，面對這樣的發展趨勢，你還能簡單地將 FPGA 當成一種邏輯器件嗎？還能對 FPGA 的發展無動于衷嗎？

　　FPGA 是英文 Field Programmable Gate Array 的縮寫，即現場可編程門陣列，它是在 PAL、GAL、CPLD 等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路 （ASIC） 領域中的一種半定制電路而出現的，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有限的缺點。它是當今數字系統設計的主要硬件平臺，其主要特點就是完全由用戶通過軟件進行配置和編程，從而完成某種特定的功能，且可以反復擦寫。在修改和升級時，不需額外地改變 PCB 電路板，只是在計算機上修改和更新程序，使硬件設計工作成為軟件開發工作，縮短了系統設計的周期，提高了實現的靈活性并降低了成本，因此獲得了廣大硬件工程師的青睞。

　　對 PROM、EPROM、E2PROM 熟悉的人都知道這些可編程器件的可編程原理是通過加高壓或紫外線導致三極管或 MOS 管內部的載流子密度發生變化，實現所謂的可編程，但是這些器件或只能實現單次可編程或編程狀態難以穩定。FPGA 則不同，它采用了邏輯單元陣列 LCA（Logic Cell Array） 這樣一個新概念，內部包括可配置邏輯模塊 CLB（Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊 IOB（Input Output Block） 和內部連線 （Interconnect） 三個部分。

　　FPGA 的可編程實際上是改變了 CLB 和 IOB 的觸發器狀態，這樣，可以實現多次重復的編程由于 FPGA 需要被反復燒寫，它實現組合邏輯的基本結構不可能像 ASIC 那樣通過固定的與非門來完成，而只能采用一種易于反復配置的結構。查找表可以很好地滿足這一要求，目前主流 FPGA 都采用了基于 SRAM 工藝的查找表結構，也有一些軍品和宇航級 FPGA 采用 Flash 或者熔絲與反熔絲工藝的查找表結構。通過燒寫文件改變查找表內容的方法來實現對 FPGA 的重復配置。

　　根據數字電路的基本知識可以知道，對于一個 n 輸入的邏輯運算，不管是與或非運算還是異或運算等等，最多只可能存在 2n 種結果。所以如果事先將相應的結果存放于一個存貯單元，就相當于實現了與非門電路的功能。FPGA 的原理也是如此，它通過燒寫文件去配置查找表的內容，從而在相同的電路情況下實現了不同的邏輯功能。

　　查找表 （Look-Up-Table） 簡稱為 LUT，LUT 本質上就是一個 RAM。目前 FPGA 中多使用 4 輸入的 LUT，所以每一個 LUT 可以看成一個有 4 位地址線的 的 RAM。 當用戶通過原理圖或 HDL 語言描述了一個邏輯電路以后，PLD/FPGA 開發軟件會自動計算邏輯電路的所有可能結果，并把真值表 （ 即結果 ） 事先寫入 RAM，這樣，每輸入一個信號進行邏輯運算就等于輸入一個地址進行查表，找出地址對應的內容，然后輸出即可。

　　從表中可以看到，LUT 具有和邏輯電路相同的功能。實際上，LUT 具有更快的執行速度和更大的規模。

　　由于基于 LUT 的 FPGA 具有很高的集成度，其器件密度從數萬門到數千萬門不等，可以完成極其復雜的時序與邏輯組合邏輯電路功能，所以適用于高速、高密度的高端數字邏輯電路設計領域。其組成部分主要有可編程輸入 / 輸出單元、基本可編程邏輯單元、內嵌 SRAM、豐富的布線資源、底層嵌入功能單元、內嵌專用單元等，主要設計和生產廠家有賽靈思、Altera、Lattice、Actel、Atmel 和 QuickLogic 等公司，其中最大的是美國賽靈思公司，占有可編程市場 50% 以上的市場份額，比其他所有競爭對手市場份額的總和還多。

　　FPGA 是由存放在片內 RAM 中的程序來設置其工作狀態的，因此，工作時需要對片內的 RAM 進行編程。用戶可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。

　　加電時，FPGA 芯片將 EPROM 中數據讀入片內編程 RAM 中，配置完成后，FPGA 進入工作狀態。掉電后， FPGA 恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此，FPGA 能夠反復使用。FPGA 的編程無須專用的 FPGA 編程器，只須用通用的 EPROM、PROM 編程器即可。這樣，同一片 FPGA，不同的編程數據，可以產生不同的電路功能。因此，FPGA 的使用非常靈活。