在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，F(xiàn)PGA正成為推動(dòng)智能制造發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。工業(yè)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性有著極高的要求，F(xiàn)PGA恰好能夠滿足這些需求。在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，F(xiàn)PGA可以連接各類傳感器和執(zhí)行器，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、位置等，并根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和決策。例如，在汽車(chē)制造生產(chǎn)線中，F(xiàn)PGA可以精確機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)零部件的精細(xì)裝配；通過(guò)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。此外，F(xiàn)PGA還支持多種工業(yè)通信協(xié)議，如PROFINET、EtherCAT等，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的高速通信和數(shù)據(jù)交互，構(gòu)建起智能化的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。其可重構(gòu)性使得工業(yè)系統(tǒng)能夠適應(yīng)生產(chǎn)工藝的變化，為工業(yè)自動(dòng)化的升級(jí)和轉(zhuǎn)型提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。汽車(chē)電子用 FPGA 融合多傳感器數(shù)據(jù)。南京XilinxFPGA模塊

    FPGA在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中的功能實(shí)現(xiàn)：工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)作為連接工業(yè)設(shè)備與云端平臺(tái)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，需要具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和協(xié)議轉(zhuǎn)換能力，F(xiàn)PGA在其中的功能實(shí)現(xiàn)為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了支撐。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在多種類型的設(shè)備，如傳感器、控制器、執(zhí)行器等，這些設(shè)備采用的通信協(xié)議各不相同，如Modbus、Profinet、EtherCAT等。FPGA能夠?qū)崿F(xiàn)多種協(xié)議的解析和轉(zhuǎn)換功能，將不同設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式傳輸?shù)皆贫似脚_(tái)，確保數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。例如，當(dāng)網(wǎng)關(guān)接收到采用Modbus協(xié)議的傳感器數(shù)據(jù)和采用Profinet協(xié)議的控制器數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)PGA可以同時(shí)對(duì)這兩種協(xié)議的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，提取有效信息后轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)，再發(fā)送到云端。在數(shù)據(jù)預(yù)處理方面，F(xiàn)PGA可以對(duì)采集到的工業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、降噪、格式轉(zhuǎn)換等處理，去除無(wú)效數(shù)據(jù)和干擾信號(hào)，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。同時(shí)，F(xiàn)PGA的高實(shí)時(shí)性確保了數(shù)據(jù)能夠及時(shí)傳輸和處理，滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制的需求。此外，F(xiàn)PGA的抗干擾能力能夠適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的電磁環(huán)境，保障網(wǎng)關(guān)在粉塵、振動(dòng)、高溫等惡劣條件下穩(wěn)定工作，為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的高效運(yùn)行提供可靠保障。 浙江工控板FPGA平臺(tái)FPGA 與 DSP 協(xié)同提升信號(hào)處理性能。

在智能駕駛領(lǐng)域，對(duì)傳感器數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性有著極高要求，F(xiàn)PGA 在此發(fā)揮著不可或缺的作用。以激光雷達(dá)信號(hào)處理為例，激光雷達(dá)會(huì)產(chǎn)生大量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA 能夠利用其并行處理能力，快速對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，提取出目標(biāo)物體的距離、速度等關(guān)鍵信息。在多傳感器融合方面，F(xiàn)PGA 可將來(lái)自攝像頭、毫米波雷達(dá)等多種傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效融合，綜合分析車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境信息，為自動(dòng)駕駛決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。例如在電子后視鏡系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA 能夠?qū)崟r(shí)處理攝像頭采集的圖像數(shù)據(jù)，優(yōu)化圖像顯示效果，為駕駛員提供清晰、可靠的后方視野，為智能駕駛的安全性和可靠性保駕護(hù)航 。

    FPGA在量子密鑰分發(fā)（QKD）系統(tǒng)中的應(yīng)用探索量子密鑰分發(fā)技術(shù)為信息安全提供了解決方案，而FPGA在其中起到關(guān)鍵支撐作用。在本項(xiàng)目中，我們利用FPGA實(shí)現(xiàn)QKD系統(tǒng)的信號(hào)處理與密鑰協(xié)商功能。在量子信號(hào)接收端，F(xiàn)PGA對(duì)單光子探測(cè)器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行高速采集和分析，通過(guò)定制的閾值檢測(cè)算法，準(zhǔn)確識(shí)別光子的有無(wú)，探測(cè)效率提升至95%。在密鑰協(xié)商階段，采用糾錯(cuò)碼和隱私放大算法，F(xiàn)PGA并行處理大量原始密鑰數(shù)據(jù)，去除誤碼信息。實(shí)驗(yàn)顯示，系統(tǒng)在100公里光纖傳輸距離下，每秒可生成100kb的安全密鑰，密鑰誤碼率低于。此外，為適應(yīng)不同的QKD協(xié)議（如BB84、B92），F(xiàn)PGA的可重構(gòu)特性使其能夠快速切換硬件邏輯，支持協(xié)議升級(jí)與優(yōu)化。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為金融等領(lǐng)域的高安全通信提供了可靠的量子密鑰保障。 數(shù)據(jù)中心用 FPGA 提升網(wǎng)絡(luò)包處理速度。

FPGA 的發(fā)展可追溯到 20 世紀(jì) 80 年代初。1985 年，賽靈思公司（Xilinx）推出 FPGA 器件 XC2064，開(kāi)啟了 FPGA 的時(shí)代。初期的 FPGA 容量小、成本高，但隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，其發(fā)展經(jīng)歷了發(fā)明、擴(kuò)展、積累和系統(tǒng)等多個(gè)階段。在擴(kuò)展階段，新工藝使晶體管數(shù)量增加、成本降低、尺寸增大；積累階段，F(xiàn)PGA 在數(shù)據(jù)通信等領(lǐng)域占據(jù)市場(chǎng)，廠商通過(guò)開(kāi)發(fā)軟邏輯庫(kù)等應(yīng)對(duì)市場(chǎng)增長(zhǎng)；進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)代，F(xiàn)PGA 整合了系統(tǒng)模塊和控制功能。如今，F(xiàn)PGA 已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，從通信到人工智能，從工業(yè)控制到消費(fèi)電子，不斷推動(dòng)著各行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。音頻處理算法在 FPGA 中實(shí)現(xiàn)低延遲輸出。ZYNQFPGA模塊

FPGA 的低延遲特性適合實(shí)時(shí)控制場(chǎng)景。南京XilinxFPGA模塊

    FPGA在工業(yè)領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。工業(yè)系統(tǒng)要求設(shè)備具備高可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。FPGA可以實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)采集和處理，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的傳感器信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。例如在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，F(xiàn)PGA能夠處理來(lái)自溫度、壓力、位置等傳感器的數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的邏輯對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行精確，確保生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，F(xiàn)PGA還可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)算法，如伺服電機(jī)的位置、速度和轉(zhuǎn)矩等，為工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床提供精確的運(yùn)動(dòng)。在工業(yè)通信方面，F(xiàn)PGA支持多種工業(yè)總線協(xié)議，如PROFINET、EtherCAT等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的高速通信和數(shù)據(jù)交換。此外，F(xiàn)PGA的可重構(gòu)特性使得工業(yè)系統(tǒng)能夠根據(jù)生產(chǎn)需求的變化調(diào)整策略，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，為工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展提供了有力支持。 南京XilinxFPGA模塊