FPGA 的含义、配置模式与类型

主页（http://www.pttcn.net）：FPGA 的含义、配置模式与类型

　　【中国集群通信网】FPGA 的含义、配置模式与类型

　　FPGA(Field Programmable Gate Array)是现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程逻辑器件的基础上进一步发展的产物，是专用集成电路(ASIC)中集成度最高的一种。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输出输入模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。用户可对FPGA内部的逻辑模块和I/O模块重新配置，以实现用户的逻辑。它还具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改。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，不仅解决了定制电路的不足，还克服了原有可编程逻辑器件门电路数有限的缺点。

　　可以毫不夸张地讲，FPGA能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的74电路，都可以用FPGA来实现。FPGA如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统，通过软件仿真，可以事先验证设计的正确性。在PCB完成以后，还可以利用FPGA的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。

　　目前，FPGA的品种很多，有XILINX的 XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因而工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。FPGA的配置模式有如下几种。

　　1、并行主模式

　　即一片FPGA加一片EPROM的方式。

　　2、主从模式

　　可以支持一片PROM编程多片FPGA的方式。

　　3、串行模式

　　可以采用串行PROM编程FPGA的方式。

　　4、外设模式

　　可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器编程FPGA的方式。

　　根据FPGA基本结构的不同，一般有下列三种类型(前两种应用较多)。

　　1、基于乘积项(Product-Term)技术的FPGA

　　该类FPGA主要由3个模块组成：一是逻辑单元阵列(Logic Cell Array)，它是FPGA的基本结构，由它来实现基本的逻辑功能;二是可编程连线(PIA)，它负责信号传送，连接所有的宏单元;三是I/O控制块，它负责输入/输出的电气特性控制，如可设定集电极开路输出、摆率控制、三态输出等。

　　2、基于查找表(Look-Up-Table)技术的FPGA

　　查找表简称LUT，这类FPGA是目前的一种主流产品，其本质就是一个RAM。目前，FPGA中多使用4输入的LUT，每一个LUT可看成一个有4位地址线的16×1的RAM。当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路后，FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能的结果，并将结果事先写入RAM。这样，每输入一个信号进行逻辑运算，就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容输出即可。

　　3、基于反熔丝(Anti-fuse)技术的FPGA

　　该类FPGA主要作特殊应用，它不能重复擦写，因而初期开发过程比较麻烦，费用也较昂贵。可它具有布线能力更强、系统速度更快、功耗更低、耐高低温、抗辐射能力强、可加密等许多优点，因而多应用于军事与航空航天等特殊要求的领域。