FPGA  (Field-Programmable Gate Array) — программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС), конфигурация которой может быть загружена после включения питания. Большинство FPGA не имеют встроенной энергонезависимой памяти, поэтому повторное включение устройства требует повторной загрузки конфигурации FPGA (информация объёмом от сотен Кбайт и более).

Некоторые устройства, например E20-10 (ревизий A и B), требуют явной загрузки FPGA от компьютера (загрузка реализована в библиотечных функциях для этого изделия, которые используют программисты, и для пользователя ПО этот процесс незаметен). А в некоторых устройствах (E20-10 ревизии C, LTR25, LTR35) реализован автоматический процесс загрузки FPGA из flash-памяти этого устройства, при этом, прошивка во flash-памяти этих устройств может быть обновлена с помощью специальной утилиты (в рамках выпуска "ООО Л Кард" штатных обновлений прошивок). 

Наличие в изделии FPGA означает феноменальную гибкость логики этого изделия (в большинстве случаев это заводская возможность коррекции логики работы устройства без проведения каких-либо электромонтажных операций, позволяющая учесть потребности потребителей). Ресурсы современных FPGA (даже младших в выбранном семействе) уже позволяют реализовывать сложнейшие алгоритмы, в том числе, алгоритмы ЦОС.

Возможность создавать на основе FPGA многоканальные системы параллельной обработки данных с гарантированной логической независимостью процессов обработки данных (в сочетании с высокой надёжностью самих FPGA) создаёт серьёзную альтернативу сигнальным процессорам (DSP) и ARM в высоконадёжных задачах управления и контроля. Вместе с тем, в мире явно ощущается и обратная тенденция – реализация средствами FPGA процессоров и контроллеров с масштабируемой архитектурой.

Для описания и верификации проектов на основе FPGA используют языки высокого уровня, такие как VHDL и  Verilog. Возможна интеграция проектов на языках С, C++, System C (на других путях программирования FPGA остановимся ниже).  Описание проектов на языке высокого уровня обеспечивает хорошую переносимость проекта между разными FPGA и между разными средами проектирования.

Отдельно остановимся на термине "версия прошивки" FPGA (или CPLD), который встречается в пользовательской документации на электронные приборы. Этот термин имеет исторические корни, поскольку первые  программируемые логические устройства (PLD) начинались с технологии пережигаемых перемычек, и сами эти устройства обладали крайне низкими  логически возможностями, по сравнению с современными программируемыми матрицами. И когда современные FPGA для специализированных задач уже перекрывают процессоры по быстродействию и функциональным возможностям, то возникает соблазн применить термин "версия ПО" к версии логической конфигурации, загружаемой в FPGA. Однако, по-прежнему, эту логическую конфигурацию следует называть "прошивкой", поскольку речь идёт о параллельной топологии логических взаимосвязей ячеек FPGA, которая скорее ближе к электрической схеме, чем к выполняемым инструкциям процессора, когда говорят о ПО. Уже вполне реальна реализация процессора в FPGA, и в этой ситуации оба термина  "версия прошивки" FPGA и "версия ПО процессора в FPGA" вполне оправданы и применимы к разным частям FPGA в рамках одного изделия, поскольку обе эти версии могут обновляться независимо друг от друга.

Важно отметить, что в понятие "версия прошивки" FPGA входит не только вариант реализованной "логики", но и температурный диапазон FPGA, для которого была скомпилирована данная прошивка.  Типично, прошивки "индустриальных" FPGA c температурным диапазоном -40...+85 °С и "коммерческих"  (0...+85 °С) будут разными для одной и той же функциональной логики.

К программному или аппаратному обеспечению следует относить саму прошивку FPGA (или CPLD) и проект этой прошивки в какой-либо среде программирования?

Подобный вопрос может возникнуть, например, при согласовании технического задания. Рассматривая уровни программных и аппаратных средств обобщённой пользовательской системы, мы видим, что прошивки FPGA (или CPLD) фактически находятся между сущностями HARD и SOFT. Это означает (исходя из сказанного выше), что тот уровень прошивки, в котором реализована "жёсткая логика" с параллельной топологией взаимосвязей ячеек FPGA и учётом физических задержек распространения сигнала (наподобие электрической схемы), очевидно является аппаратным уровнем (HARD). А тот уровень прошивки, в котором рассматривается программа процессора, реализованного в FPGA, очевидно является программным уровнем системы. Подразумевается, что логика работы  рассматриваемого процессора должна быть основана на последовательно исполняемом программном коде, который может быть изменён (перепрограммирован) без модификации физического уровня проекта.

В то же время, проекты FPGA или CPLD (в той или иной среде программирования), не входят в рассматриваемую обобщённую пользовательскую систему, а является технологическим средством проектирования (со своими программными и аппаратными уровнями).

Для специалистов перечислим ниже альтернативные¹⁾ пути подготовки проектов FPGA:

• MyHDL - это предметно-ориентированный язык, основанный в виде модуля на языке Python. 
• CHISEL (Constructing Hardware In a Scala Embedded language) - язык с открытым исходным кодом, разработанный в университете Беркли (Калифорния).
• JHDL (JAVA Hardware Description Language) - объектно-ориентированный язык с открытым исходным кодом.
• BSV (Bluespec SystemVerilog) - язык и среда разработки компании Bluespec Inc.
• Средства MATLAB генерации кода Verilog и VHDL.
• Программный пакет LabVIEW FPGA.
• System Verilog - стандартизованное расширение языка Verilog
• SPINAL HDL - альтернативный Verilog и VHDL язык высокого уровня

1) Под "альтернативными" подразумеваются среды проектирования, альтернативные традиционным. К традиционным можно отнести среды проектирования от производителей FPGA, CPLD или от фирм, специализирующихся на задачах верификации проектов.

По данной теме также читайте:

• What is the Difference Between FPGA and ASIC? (Чем отличаются FPGA и ASIC?)

---

Пример использования термина

Термин используется при описании принципа действия различных модулей сбора данных, например, модулей производства OOO “Л Кард”.

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
18/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI Express

Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, PCI Express

L-502

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
17/16, ТТЛ 5 В
Интерфейс: USB 2.0 (high-speed), Ethernet (100 Мбит)
Гальваническая развязка.

Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, USB, Ethernet

E-502

Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 78 кГц на канал
Каналов: 8 для ICP-датчиков
Питание датчиков: источник тока 2,86 / 10 мА

Модуль АЦП для ICP датчиков
8 каналов, 24 бит, 78 кГц

LTR25

Разрядность: 24 бит
Частота преобразования до 50 кГц
Каналов: 16
До 256 двухпроводных тензометрических каналов
в одном крейте

Модуль АЦП тензометрический
16 каналов, 24 бит, 50 кГц

LTR216

Разрядность: 14 бит
Частота преобразования до 10 МГц
Каналов: 2
Диапазоны: ±0,5 В…±10 В

Модуль АЦП осциллографический
2 канала, 14 бит, 10 МГц

LTR210