视觉信息处理和FPGA实现第二次作业

CPLD（Complex Programmable Logic Device）和FPGA（Field Programmable Gate Array）都是可编程逻辑器件，用于实现数字电路的功能。

一、CPLD（复杂可编程逻辑器件）

基本结构：CPLD由可编程逻辑的功能围绕一个可编程互连矩阵构成。它使用固定长度的金属线来实现逻辑单元之间的互连，并增加了I/O控制模块的数量和功能。

逻辑单元：CPLD的基本结构包括可编程逻辑阵列（LAB）、可编程I/O控制模块和可编程内部连线（PIA）。LAB由多个可编程逻辑宏单元（Logic Macro Cell，LMC）组成，可以配置为时序或组合工作方式。

特点：CPLD更适合完成各种算法和组合逻辑，但触发器资源相对较少。

二、FPGA（现场可编程门阵列）

基本结构：FPGA由可编程逻辑块（CLB）、输入/输出模块（IOB）和可编程互连资源（PIR）组成。CLB是实现逻辑功能的基本单元，而IOB主要完成芯片上的逻辑与外部引脚的接口。

逻辑函数发生器：FPGA中的CLB主要由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器等电路组成。逻辑函数发生器使用查找表（Look Up Table，LUT）来实现各种逻辑功能。

特点：FPGA更适合实现时序逻辑，具有丰富的触发器资源。

三、区别

配置方式：

CPLD：通过修改具有固定的内连电路的逻辑功能来编程。

FPGA：主要通过改变内部连线的布线来编程。

集成度：

FPGA：集成度比CPLD高，具有更复杂的布线结构和逻辑实现。

使用方便性：

CPLD：比FPGA使用起来更方便。

总之，CPLD更适合完成组合逻辑，而FPGA更适合于实现时序逻辑。

四、国内外FPGA厂家的产品

4.1 Xilinx（赛灵思）：

Spartan系列：定位于低端市场，逻辑规模相对较小。

Artix系列：作为低端Spartan和高端Kintex的过渡产品，在通信接口方面有优势。

Kintex和Virtex系列：高端产品，适用于通信、雷达、信号处理等领域。

4.2 Altera（阿尔特拉，现在称为Intel FPGA

业界与Xilinx齐名的FPGA供应商，2015年被Intel以167亿美元收购。

MAXII系列：CPLD，性价比高。

Cyclone系列：定位于消费类产品，逻辑资源和接口资源相对少。

Stratix系列：高端应用，与Xilinx的Virtex系列竞争。

4.3 国内厂商

京微齐力

复旦微电子

紫光同创

高云半导体

安路科技

西安智多晶

五、FPGA在机器视觉/人工智能领域的应用

5.1 卷积神经网络（CNN）加速：

FPGA可以高效地执行卷积运算，这对于图像识别和分类任务至关重要。通过定制硬件加速器，可以显著提高CNN的推理速度。

5.2 实时图像处理：

FPGA可以在实时图像处理应用中发挥作用，例如边缘检测、目标跟踪、图像增强和滤波。

FPGA的并行性和低延迟使其成为处理大量图像数据的理想选择。

5.3 深度学习推理：

FPGA可以用于加速深度学习模型的推理阶段。通过将模型部署到FPGA上，可以在边缘设备上实现低功耗、高性能的推理。

5.4 自动驾驶系统：

FPGA在自动驾驶领域中扮演着重要角色。它们用于传感器数据的实时处理、障碍物检测、车道保持和决策。

5.5 智能相机和摄像头：

FPGA可用于相机和摄像头中的图像处理，例如人脸识别、实时滤镜、图像稳定等。

5.6 加速量化金融算法：

FPGA在金融领域中也有广泛应用。它们用于加速复杂的量化金融算法，例如高频交易和风险管理。