FPGA overlay是一种基于现场可编程门阵列（FPGA）的技术，它允许在一个FPGA上实现一个或多个不同的可配置硬件层，从而在用户逻辑中模拟出一种类似FPGA的行为。这种技术的出现，使得FPGA可以被重新编程以适应不同的应用场景，同时又不失硬件层的高效性和灵活性。
FPGA overlay技术的核心优势在于其可移植性。它可以运行在不同的FPGA设备上，而不需要针对每种不同的FPGA硬件进行单独的配置。这一点与软件世界中二进制兼容的CPU非常相似，开发者可以编写一次程序，然后在不同的CPU上运行。然而，对于FPGA而言，由于硬件的差异，相同的方法并不适用。为此，一些研究者提出了一种虚拟FPGA或者中间架构的概念，使得在FPGA用户逻辑中可以实现一个可配置的架构。
FPGA overlay架构的一个重要特点是它的细粒度。这种架构允许在各种不同的FPGA家族中的用户逻辑实现，并且可以为异构环境中的可移植应用程序的执行提供支持。这意味着，开发者可以开发一个应用程序，并将之与overlay配置一起打包，然后在不同的FPGA硬件上运行，而无需对底层硬件做过多的修改。
在FPGA overlay架构中，有多种优化方法用于大幅降低实现成本。其中最重要的一项优化是将overlay互连网络直接映射到宿主FPGA的交换架构中。通过这种方式，可以显著减少FPGA的资源消耗，并提高性能。研究案例表明，这种优化方法相比于其他类似方法，可以实现一个数量级的开销减少。
在FPGA overlay技术的发展过程中，还有其他一些关键的研究领域，比如对于定制指令集扩展的研究。这些定制指令集扩展能够显著提升可重构软核CPU的性能。这类技术的实现通常针对某一特定的FPGA系统进行，但FPGA overlay通过提供一种细粒度的、类似FPGA的架构，能够实现更广泛的应用。
在抽象层面，FPGA overlay可以类比为Java虚拟机的概念，后者通过提供不同CPU平台的虚拟机实现，允许相同的Java字节码在完全不同的CPU上运行。相应地，FPGA overlay的实现也是通过在宿主FPGA的用户逻辑中实现一个可配置的硬件架构来达成跨平台兼容性的。
FPGA overlay技术的提出，为FPGA应用开辟了一条新的发展路径，它不仅仅提升了硬件的可重用性，还极大地降低了开发者在异构硬件环境中的开发难度，使得FPGA技术可以更加灵活地应用于不同的行业和场景中。随着技术的进一步发展，我们可以期待FPGA overlay在未来将扮演更加重要的角色。
