CPLD和FPGA的區(qū)別

本文主要介紹CPLD和FPGA的區(qū)別。

CPLD和FPGA都是由邏輯陣列模塊構成的，但是CPLD的LAB基于乘積和宏單元，而FPGA的LAB使用基于LUT的邏輯單元。CPLD的LAB圍繞中心全局互連排列，隨著器件中邏輯數(shù)量的增加，呈指數(shù)增長。FPGA的LAB以網(wǎng)格陣列排列，隨器件密度線性增長。CPLD互連包括LAB本地可編程陣列及中心可編程互連。FPGA器件除了包括本地互連，用于各個LAB，但是和LAB邏輯分開，器件還包括行列互連，這些互連跨過陣列中的多個LAB，以及整個芯片的長寬。

CPLD

CPLD是基于乘積項技術（Product-Term）、EPPROM或FLASH工藝；直接燒寫程序調電后程序不會消失；一般可以擦寫幾百次，并且一般宏單元在512以下。比如ALTERA的MAX3000/5000/7000/9000和CLASSIC系列）。

CPLD可分為三塊結構：可編程邏輯陣列LAB（Logic Array Block，由若干宏單元（LMC，Logic Maro Cell)組成），可編程內部連線（PIA)和I/O控制塊（IO Control Block）。

宏單元是CPLD的基本結構，由它來實現(xiàn)基本的邏輯功能。LMC內部主要包括與陣列、或陣列、可編程觸發(fā)器和多路選擇器等電路，能獨立地配置為時序或組合工作方式。

每個宏單元都與GCLK(全局時鐘)、OE(輸出使能)、GCLR(清零)等控制信號直接相連，并且延時相同。各宏單元之間由固定長度的金屬線互連，這樣保證邏輯電路的延時固定。

一個宏單元主要包括了LAB的Local Array(邏輯陣列)，Product-Term SelectMatrix(乘積項選擇矩陣)和一個可編程D觸發(fā)器組成。其中邏輯陣列的每一個交叉點都可以通過編程實現(xiàn)導通從而實現(xiàn)與邏輯，乘積項選擇矩陣可實現(xiàn)或邏輯。這兩部分協(xié)同工作，就可以實現(xiàn)一個完整的組合邏輯。輸出可以選擇通過D觸發(fā)器，也可以對觸發(fā)器進行旁路。因此CPLD非常適合實現(xiàn)組合邏輯，再配合觸發(fā)器也能夠實現(xiàn)一定的時序邏輯。

I/O控制塊負責輸入輸出的電氣特性控制，比如可以設定集電極開路輸出，擺率控制，三態(tài)輸出等。

可編程內部連線的作用是在各邏輯宏單元之間以及邏輯宏單元和I/O單元之間提供互連網(wǎng)絡。各邏輯宏單元通過可編程連線陣列接收來自輸入端的信號，并將宏單元的信號送往目的地。這種互連機制有很大的靈活性，它允許在不影響引腳分配的情況下改變內部的設計。

FPGA

FPGA是基于查找表（Look-Up-Table，LUT）技術、SRAM工藝（可迅速反復地編程）；直接燒寫程序掉電后程序丟失；理論上擦寫100萬次以上；一般使用需要外掛EEPROM，可以達到幾百萬門電路。比如ALTERA的APEX、FLEX、ACEX、STRATIX、CYCLONE等等系列，Xilinx的Spartan、Artix、Kintex、Virtex、UltraScale、UltraScale+等等系列。

FPGA由可編程邏輯功能塊（CLB）、輸入/輸出模塊（IOB）及可編程互連資源（PIR）等三種可編程電路和一個SRAM結構的配置存儲單元組成。

CLB是實現(xiàn)邏輯功能的基本單元，CLB主要由邏輯函數(shù)發(fā)生器、觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器等電路組成。CLB主要由查找表LUT構成，查找表是FPGA最根本的邏輯單元。我們設計的邏輯電路最終都是通過EDA工具把所有可能的結果計算出來然后儲存在查找表里面。每次根據(jù)輸入信號查找對應的結果，然后輸出就可以了。也就是說FPGA的工作更像是一個RAM，根據(jù)不同的輸入信號(地址)輸出相應的數(shù)據(jù)。

IOB主要由輸入觸發(fā)器、輸入緩沖器和輸出觸發(fā)/鎖存器、輸出緩沖器組成，每個IOB控制一個引腳，它們可被配置為輸入、輸出或雙向I/O功能，主要完成芯片上的邏輯與外部引腳的接口。

可編程互連資源（PIR）包括各種長度的連線線段和一些可編程連接開關，通過自動布線實現(xiàn)各種電路的連接，實現(xiàn)FPGA內部CLB之間或IOB之間以及CLB與IOB之間連接起來，構成特定功能的電路。

最新工藝的CPLD也是基于SRAM工藝，結構上和資源上越來越和FPGA趨同。主要差異在于：CPLD通過集成片內FLASH實現(xiàn)掉電不丟失數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA需要外部FLASH加載。

審核編輯：湯梓紅