FPGA和CPLD差异分析（FPGA结构图）

FPGA和CPLD差异分析

FPGA 是一种以数字电路为主的集成芯片，于 1985 年由 Xilinx 创始人之一 Ross Freeman 发明，属于可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）的一种。

FPGA 比 CPLD 早几年问世，与 CPLD 并称为高密度可编程逻辑器件，但它们有着本质的区别。FPGA 芯片的内部架构并没有沿用类似 PLA 的结构，而是采用了逻辑单元阵列（Logic Cell Array，LCA）这样一个概念，改变了以往 PLD 器件大量使用与门、非门的思想，主要使用查找表和寄存器。

除此之外，FPGA 和 CPLD 在资源类型、速度等方面也存在差异，如下表所示。

FPGA 的类型从内部实现机理来讲，可以分为基于 SRAM 技术、基于反熔丝技术、基于 EEPROM/Flash 技术。就电路结构来讲，FPGA 可编程是指三个方面的可编程：可编程逻辑块、可编程 I/O、可编程布线资源。可编程逻辑块是 FPGA 可编程的核心，我们上面提到的三种技术也是针对可编程逻辑块的技术。

FPGA 的结构图如图 所示。

FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种可编程逻辑器件，具有灵活性和可重构性，通常用于数字电路设计和实现。FPGA的基本结构包括以下几个主要部分：

1. 逻辑单元（Logic Blocks）：逻辑单元是 FPGA 中的基本逻辑单元，用于实现各种逻辑功能。逻辑单元通常包括查找表（Look-Up Table，LUT）、寄存器、加法器等，可以根据需要配置不同的逻辑功能。

2. 可编程互联网络（Programmable Interconnect）：可编程互联网络连接了逻辑单元之间的信号传输路径。通过配置互联网络，可以实现逻辑单元之间的灵活连接，实现各种复杂逻辑功能。

3. 输入/输出模块（IO Blocks）：输入/输出模块用于与外部系统进行通信，包括输入输出引脚、时钟管理单元等。IO Blocks 提供了 FPGA 与外部系统进行数据交换的接口。

4. 时钟管理单元（Clock Management）：时钟管理单元用于生成各种时钟信号，并对时钟信号进行分频、延迟、对齐等操作，以确保设计的稳定性和性能满足要求。

5. 存储单元（Memory Blocks）：存储单元包括片上存储器等，用于存储配置信息、中间结果数据和其他需要的存储内容，提供了额外的存储资源。

6. 配置存储器（Configuration Memory）：配置存储器用于存储 FPGA 的配置位流（Configuration Bitstream），即描述 FPGA 逻辑功能和互联的配置信息，通过加载配置位流实现对 FPGA 的编程和配置。

7. 全局时钟网络（Global Clock Network）：全局时钟网络为 FPGA 提供整体的时钟分配和管理功能，确保设计中的时序要求得到满足。

fpga主要性能指标

FPGA 的性能指标主要包括以下几个方面：

1. 逻辑容量（Logic Capacity）：逻辑容量指的是 FPGA 中可用于实现逻辑功能的逻辑单元数量。它决定了 FPGA 可以实现的复杂度和规模，通常以逻辑单元数或等效门数（Equivalent Logic Cells）来衡量。

2. 时钟频率（Clock Frequency）：时钟频率表示 FPGA 设备能够支持的最高工作时钟频率，决定了 FPGA 设备在工作时能够达到的最高速度。时钟频率通常以赫兹（Hz）为单位。

3. 资源利用率（Resource Utilization）：资源利用率表示 FPGA 中逻辑单元、存储单元等资源的使用情况，包括逻辑单元使用率、存储块利用率等，用于评估设计在 FPGA 中的资源占用情况。

4. 时序性能（Timing Performance）：时序性能包括各种时序相关的指标，如最长组合逻辑延迟、时序收敛等，决定了 FPGA 设备能够满足的时序约束和稳定工作的能力。

5. 功耗（Power Consumption）：功耗是衡量 FPGA 设备能耗的重要指标，通常分为静态功耗和动态功耗两部分，影响 FPGA 在实际应用场景中的能耗和热管理需求。

6. 输入/输出资源（IO Resources）：输入/输出资源包括 FPGA 设备提供的输入输出引脚数目、支持的通信协议和标准、不同类型的输入输出模式等，影响 FPGA 在与外部系统、芯片或器件连接时的灵活性和适用性。

7. 可编程性（Programmability）：可编程性指的是 FPGA 设备在配置、重配置和部署时的灵活性和便利性，包括配置速度、配置接口、支持的配置技术（如SRAM、FLASH等）等。

8. 硬核功能（Hard IP）：硬核功能是 FPGA 芯片内置的专用功能模块，如硬核处理器、乘法器、DSP单元等，用于特定应用场景或性能需求，对于特定领域的应用具有重要意义。

审核编辑：黄飞