FPGA知识简介

FPGA是一种高密度的可编程逻辑器件，自从Xilinx公司1985年推出第一片FPGA以来，FPGA

的集成密度和性能提高很快，其集成密度高达千万门/片以上。由于FPGA器件集成度高、方便

易用、开发和上市周期短，在数字设计和电子生产中得到迅速普及和应用，并一度在高密度的

可编程逻辑器件领域中独占鳌头。

CPLD是由GAL发展起来的，其主体结构仍是与或阵列，自20世纪90年代初Lattice公司开发

出具有在系统可编程功能（ISP）的CPLD以来，CPLD发展迅速。具有ISP功能的CPLD器件由于具

有同FPGA器件相似的集成度和易用性，在速度上还有一定的优势，使其在可编程逻辑器件技术

的竞争中与FPGA并驾齐驱，成为两支领导可编程器件技术发展的力量之一。

CPLD与FPGA对照情况如下。

1. 结构

FPGA多为查找表加寄存器结构，大多数使用SRAM工艺，也包含Flash、Anti-Fuse等工艺。

CPLD多为乘积项结构，使用Flash、EEPROM工艺。

2. 集成度

FPGA可以达到比CPLD更高的集成度，同时也具有更复杂的布线结构和逻辑实现。

3. 适合类型

CPLD组合逻辑的功能很强，一个宏单元就可以分解成十几个甚至30多个组合逻辑输入，而

FPGA的一个查找表LUT只能处理4输入的组合逻辑。因此，CPLD更适合完成各种算法和组合逻辑，

而FPGA更适合于完成时序逻辑。换句话说，CPLD更适合于触发器有限而乘积项丰富的结构，而

FPGA更适合于触发器丰富的结构。

4. 功率消耗

一般情况下，CPLD功耗要比FPGA大，且集成度越高越明显。

5. 布线资源

FPGA具有丰富的分布式布线资源、布线灵活，但是时序难以预测，一般需要时序约束、时

序仿真来验证时序性能。CPLD由于逻辑块互连是集总式的，相对布线资源有限。

6. 编程方式

目前的CPLD主要是基于EEPROM或FLASH存储器编程，编程次数达1万次。其优点是在系统断

电后，编程信息不丢失。CPLD又可分为在编程器上编程和在系统编程（ISP）两种。ISP器件的

优点是不需要编程器，编程、调试和维护都很方便。

FPGA大部分是基于SRAM编程，其缺点是编程数据信息在系统断电时丢失，每次上电时，需

从器件的外部存储器或计算机中将编程数据写人SRAM中。其优点是可进行任意次数的编程，并

可在工作中快速编程，实现板级和系统级的动态配置，因此可称为在线重配置(ICR：In Circuit

Reconfigurable)的PLD或可重配置硬件(RHP：Recontfigurable Hardware Product)。

4) FPGA和单片机的比较

FPGA和单片机，首先它们在硬件架构上不同，单片机无论是MCU还是MPU都是基于控制器和

算术逻辑单元进行工作的，而FPGA是基于查找表的硬件电路进行工作的，这一点正同于单片机

用的是软件设计语言而FPGA用的是硬件描述语言一样；其次，FPGA在芯片容量、组合逻辑、工

作速度、设计灵活上远优于单片机；最后，在代码的设计思想上也不一样，单片机使用的是串

行的设计思想，而FPGA则使用的是并行的设计思想。