FPGA和CPLD差異分析

FPGA 是一種以數字電路為主的集成芯片，于 1985 年由 Xilinx 創始人之一 Ross Freeman 發明，屬于可編程邏輯器件（Programmable Logic Device，PLD）的一種。

FPGA 比 CPLD 早幾年問世，與 CPLD 并稱為高密度可編程邏輯器件，但它們有著本質的區別。FPGA 芯片的內部架構并沒有沿用類似 PLA 的結構，而是采用了邏輯單元陣列（Logic Cell Array，LCA）這樣一個概念，改變了以往 PLD 器件大量使用與門、非門的思想，主要使用查找表和寄存器。

除此之外，FPGA 和 CPLD 在資源類型、速度等方面也存在差異，如下表所示。

FPGA 的類型從內部實現機理來講，可以分為基于 SRAM 技術、基于反熔絲技術、基于 EEPROM/Flash 技術。就電路結構來講，FPGA 可編程是指三個方面的可編程：可編程邏輯塊、可編程 I/O、可編程布線資源。可編程邏輯塊是 FPGA 可編程的核心，我們上面提到的三種技術也是針對可編程邏輯塊的技術。

FPGA 的結構圖如圖 所示。

FPGA（Field-Programmable Gate Array，現場可編程門陣列）是一種可編程邏輯器件，具有靈活性和可重構性，通常用于數字電路設計和實現。FPGA的基本結構包括以下幾個主要部分：

1. 邏輯單元（Logic Blocks）：邏輯單元是 FPGA 中的基本邏輯單元，用于實現各種邏輯功能。邏輯單元通常包括查找表（Look-Up Table，LUT）、寄存器、加法器等，可以根據需要配置不同的邏輯功能。

2. 可編程互聯網絡（Programmable Interconnect）：可編程互聯網絡連接了邏輯單元之間的信號傳輸路徑。通過配置互聯網絡，可以實現邏輯單元之間的靈活連接，實現各種復雜邏輯功能。

3. 輸入/輸出模塊（IO Blocks）：輸入/輸出模塊用于與外部系統進行通信，包括輸入輸出引腳、時鐘管理單元等。IO Blocks 提供了 FPGA 與外部系統進行數據交換的接口。

4. 時鐘管理單元（Clock Management）：時鐘管理單元用于生成各種時鐘信號，并對時鐘信號進行分頻、延遲、對齊等操作，以確保設計的穩定性和性能滿足要求。

5. 存儲單元（Memory Blocks）：存儲單元包括片上存儲器等，用于存儲配置信息、中間結果數據和其他需要的存儲內容，提供了額外的存儲資源。

6. 配置存儲器（Configuration Memory）：配置存儲器用于存儲 FPGA 的配置位流（Configuration Bitstream），即描述 FPGA 邏輯功能和互聯的配置信息，通過加載配置位流實現對 FPGA 的編程和配置。

7. 全局時鐘網絡（Global Clock Network）：全局時鐘網絡為 FPGA 提供整體的時鐘分配和管理功能，確保設計中的時序要求得到滿足。

fpga主要性能指標

FPGA 的性能指標主要包括以下幾個方面：

1. 邏輯容量（Logic Capacity）：邏輯容量指的是 FPGA 中可用于實現邏輯功能的邏輯單元數量。它決定了 FPGA 可以實現的復雜度和規模，通常以邏輯單元數或等效門數（Equivalent Logic Cells）來衡量。

2. 時鐘頻率（Clock Frequency）：時鐘頻率表示 FPGA 設備能夠支持的最高工作時鐘頻率，決定了 FPGA 設備在工作時能夠達到的最高速度。時鐘頻率通常以赫茲（Hz）為單位。

3. 資源利用率（Resource Utilization）：資源利用率表示 FPGA 中邏輯單元、存儲單元等資源的使用情況，包括邏輯單元使用率、存儲塊利用率等，用于評估設計在 FPGA 中的資源占用情況。

4. 時序性能（Timing Performance）：時序性能包括各種時序相關的指標，如最長組合邏輯延遲、時序收斂等，決定了 FPGA 設備能夠滿足的時序約束和穩定工作的能力。

5. 功耗（Power Consumption）：功耗是衡量 FPGA 設備能耗的重要指標，通常分為靜態功耗和動態功耗兩部分，影響 FPGA 在實際應用場景中的能耗和熱管理需求。

6. 輸入/輸出資源（IO Resources）：輸入/輸出資源包括 FPGA 設備提供的輸入輸出引腳數目、支持的通信協議和標準、不同類型的輸入輸出模式等，影響 FPGA 在與外部系統、芯片或器件連接時的靈活性和適用性。

7. 可編程性（Programmability）：可編程性指的是 FPGA 設備在配置、重配置和部署時的靈活性和便利性，包括配置速度、配置接口、支持的配置技術（如SRAM、FLASH等）等。

8. 硬核功能（Hard IP）：硬核功能是 FPGA 芯片內置的專用功能模塊，如硬核處理器、乘法器、DSP單元等，用于特定應用場景或性能需求，對于特定領域的應用具有重要意義。

審核編輯：黃飛