FPGA的特點及架構(gòu)

FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列），是在可編程器件（如PAL，GAL，CPLD等）的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為ASIC領(lǐng)域的半定制電路開發(fā)的，不僅解決了定制電路的不足，而且克服了原有可編程器件柵極電路的局限性。它是當(dāng)今數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的主要硬件平臺，其主要特點是用戶可以完全通過軟件進行配置和編程來完成特定功能。并且可以反復(fù)擦除。

在修改和升級中，不需要對PCB電路板進行額外的更改，而只需要在計算機中修改和更新程序，使硬件設(shè)計工作成為軟件開發(fā)工作。縮短了系統(tǒng)設(shè)計的周期，提高了實施的靈活性，降低了成本。

FPGA的特點

1.高性能和實時性

由于FPGA芯片由數(shù)百萬個邏輯單元實現(xiàn)，因此具有并行處理能力，運行速度比單片機和DSP快得多。

2.高集成性能

FPGA可以根據(jù)用戶的需求在內(nèi)部嵌入硬/軟IP核，從而滿足不同的要求，使用SOPC技術(shù)可以節(jié)省目標(biāo)硬件的面積。

3.高可靠性、低成本

現(xiàn)在現(xiàn)在的FPGA芯片在出廠前都經(jīng)過了100%的測試，這意味著設(shè)計人員不需要承擔(dān)芯片的生產(chǎn)成本。

4.高靈活性和低功耗

FPGA是現(xiàn)場可編程的。用戶可以重復(fù)編程、擦除、使用或使用不同的設(shè)計來實現(xiàn)不同的功能，而外圍電路保持不變。這為產(chǎn)品升級和維護帶來了極大的便利。

FPGA的架構(gòu)

FPGA使用邏輯單元陣列（LCA）的概念，其中包括可配置邏輯模塊CLB（可配置邏輯塊），輸入/輸出塊（IOB），互連和靜態(tài)存儲器SRAM，用于存儲編程數(shù)據(jù)。

1.可編程邏輯模塊負載均衡

CLB是邏輯功能的基本單元，通常排列成規(guī)則陣列并分散在整個芯片中。負載均衡一般由邏輯函數(shù)發(fā)生器、觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器等組成。函數(shù)發(fā)生器用于實現(xiàn)n個輸入變量的任意組合邏輯。

2.輸入/輸出模塊（IOB）

IOB在器件引腳和內(nèi)部邏輯陣列之間提供連接，主要由輸入發(fā)生器，輸入緩沖器，輸出觸發(fā)/鎖存器和輸出緩沖器組成，可以定義為具有雙向I/O功能的輸入/輸出。當(dāng)定義為輸入時，通過引腳的信號首先發(fā)送到輸入緩沖器，輸入緩沖器分為兩個通道，一個直接發(fā)送到MUX通道，另一個在延遲后發(fā)送到輸入路徑D觸發(fā)器。然后發(fā)送到數(shù)據(jù)選擇器，根據(jù)不同的控制信息判斷CLB數(shù)組是發(fā)送到輸入緩沖區(qū)還是觸發(fā)。

3.可編程互連資源紅外

IR可以在CLB和CLB之間或CLB和IOB之間連接，IR主要由許多金屬段組成。這些金屬段具有可編程開關(guān)，可通過自動接線連接各種電路。芯片內(nèi)線按長度劃分：單長度線（a），雙長線（b）和長線（c）。