【FPGA原型验证】附录基础知识:FPGA/CPLD基本结构与实现原理

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热心网友时间：2024-12-01 07:03

FPGA和CPLD是可编程逻辑解决方案中的两种重要器件。它们在Xilinx、Intel/Altera、Lattice等公司产品中广泛使用。Xilinx是全球领先的可编程逻辑器件供应商，成立于1984年，首创了FPGA技术并推出了商业化产品。Xilinx的产品线包括FPGA、CPLD等，满足了电子设备制造商的快速设计和验证需求，缩短开发周期、降低风险。FPGA和CPLD具有共同特点，但结构差异导致其特点不同，本文将详细介绍它们的结构与实现原理，以辅助产品设计。

FPGA由可配置逻辑块（CLB）、互连矩阵、I/O块等组成。CLB包含Slices和DRAM，Slices由一个寄存器和一个LUT组成，内部结构包括算术逻辑、进位逻辑、存储逻辑和函数复用器，能够实现组合逻辑、移位寄存器或RAM等功能。I/O块负责电气特性控制，允许设定多种输出形式。

CPLD的基本结构包括逻辑块、互连矩阵和I/O块。逻辑块由独立的宏单元、乘积项阵列和乘积项分配组成，实现组合逻辑和寄存功能。互连矩阵提供信号布线能力，I/O块控制I/O的电气特性，如集电极开路输出、摆率控制输出等。宏单元结构包括乘积项阵列、可编程D触发器等，实现逻辑功能和触发器功能。

FPGA与CPLD的性能特点差异显著。FPGA更适合完成时序逻辑，具有更复杂的布线结构和逻辑实现能力。CPLD适合算法和组合逻辑，编程更方便，速度更快，具有较大的时间可预测性。FPGA的编程信息在系统断电时丢失，CPLD则具有系统断电不丢失编程信息的特性。

在选择FPGA或CPLD时，需考虑设计需求、逻辑复杂度、速度、功耗、集成度等因素。FPGA适合触发器丰富的结构，CPLD则适用于触发器有限而乘积项丰富的结构。FPGA提供更灵活的编程方式和更高的集成度，但编程信息易丢失；CPLD则提供了更高的速度和可靠性，但编程次数有限，且编程过程相对简单。