浅析FPGA的结构组成及工作原理

FPGA(现场可编程门阵列)，它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，一般来说比ASIC（专用集成电路）的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是FPGA内部使用可配置逻辑模块(CLB),输入输出模块(IOB),内部连线(interconnect)等部分组成，因此FPGA几乎能够实现所有的数字逻辑功能芯片，包括CPU。

以某厂某系列FPGA为例，其结构简单描述为：

FPGA主要由大量的CLB来作为最小逻辑单元，使用内部连线将这些最小的逻辑单元连接，完成更大的逻辑功能单元，再与这些IOB连接完成最终结果或信号的输入输出。

CLB的结构简单描述为：

每个slice内部都包含有查找表(LUT)和寄存器(REG)，查找表本质为一个sram，内部存储着数字逻辑功能的真值表，真值表(sram)的输出连接到寄存器(REG)或者连接到别的slice里的真值表作为输入，组合成更大的逻辑。

例如：使用2输入查找表(即只能输入2个信号)完成D=(A与B)或C;的逻辑功能。

由以上的例子可以看出FPGA与CPU，GPU和DSP等的工作方式有着本质的区别，它的工作方式不再是获取指令，解码指令，执行指令，而是在一个芯片内部去以真值表为器件来画逻辑电路图，因此FPGA的开发属于硬件开发，它也有布局，布线，以及因布线长度延迟等造成的竞争冒险和亚稳态等电气特性。

从FPGA的基本结构可以看出FPGA内部逻辑单元，类似于人脑的神经单元，但是由于目前FPGA的逻辑单元里的逻辑功能固化之后不能实时动态的改变，就像画好的电路图制成电路板之后不能动态的变化一样，因此若是FPGA也能与人脑的神经单元一样，可以实时改变状态改变里面的逻辑，则或许真正的人工智能将不再遥远，机器也将可以真正同人类一样拥有思维。