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FPGA的用途及与CPLD的区别

文章来源: tvt体育官网发布时间:2021-11-08 00:05
本文摘要:FPGA/CPLD能已完成任何数字器件的功能,上至高性能CPU,下至非常简单的74电路,都可以用FPGA/CPLD来构建。 FPGA/CPLD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,或是硬件描述语言权利的设计一个数字系统。 通过软件建模,我们可以事前检验设计的正确性。在PCB已完成以后,还可以利用FPGA/CPLD的在线改动能力,随时改动设计而不用改动硬件电路。

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FPGA/CPLD能已完成任何数字器件的功能,上至高性能CPU,下至非常简单的74电路,都可以用FPGA/CPLD来构建。  FPGA/CPLD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,或是硬件描述语言权利的设计一个数字系统。

通过软件建模,我们可以事前检验设计的正确性。在PCB已完成以后,还可以利用FPGA/CPLD的在线改动能力,随时改动设计而不用改动硬件电路。  用于FPGA/CPLD来研发数字电路,可以大大缩短设计时间,增加PCB面积,提升系统的可靠性。  FPGA/CPLD还可以做到数字IC设计的前端检验,用这种方式可以相当大程度上减少IC设计的成本。

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  FPGA/CPLD的这些优点使得FPGA/CPLD技术在90年代以后获得飞速的发展,同时也大大推展了EDA软件和硬件描述语言(HDL)的变革。  FPGA/CPLD的区别是:  1)各个厂家称谓不尽相同:  PLD(ProgrammableLogicDevice)是可编程逻辑器件的总称,早期多EEPROM工艺,基于乘积项(ProductTerm)结构。

  FPGA(FieldProgrammableGateArry)是指现场可编程门阵列,最先由Xilinx公司发明者。多为SRAM工艺,基于查询表格(LookUpTable)结构,要外挂配备用的EPROM。  Xilinx把SRAM工艺,要外挂配备用的EPROM的PLD叫FPGA,把Flash工艺(类似于EEPROM工艺),乘积项结构的PLD叫CPLD;  Altera把自己的PLD产品:MAX系列(EEPROM工艺),FLEX/ACEX/APEX系列(SRAM工艺)都叫做CPLD,即简单PLD(ComplexPLD)。  由于FLEX/ACEX/APEX系列也是SRAM工艺,要外挂配备用的EPROM,用法和Xilinx的FPGA一样,所以很多人把Altera的FELX/ACEX/APEX系列产品也叫作FPGA.  2)结构上的主要区别  逻辑块的粒度有所不同  逻辑块指PLD芯片中按结构区分的功能模块,它有比较独立国家的人组逻辑阵列,块间靠点对点系统联系.FPGA中的CLB是逻辑块,其特点是粒度小,输出变量为4~8,输入为1~2,因而只是一个逻辑单元,每块芯片中有几十到将近千个这样的单元.CPLD中逻辑块粒度较小,一般来说有数十个输出末端和一、二十个输入末端,每块芯片只分为几块.有些集成度较低的(如ATV2500)则索性不分块.似乎,如此粗壮的分块结构用于时不如FPGA灵活性.  逻辑之间的点对点结构有所不同  CPLD的逻辑块点对点是集总式的,其特点是等延时,给定两块之间的延时是大于的,这种结构给设计者带给相当大便利;FPGA的点对点则是分布式的,其延时与系统的布局有关,  3)应用于范围也有所不同  逻辑系统一般来说归纳两大类型:  1、逻辑密集型:如高速缓存掌控、DRAM掌控和DMA掌控等,它们仅有必须很少的数据处理能力,但逻辑关系一般都简单  2、数据密集型:数据密集型必须大量数据处理能力,其应用于常见于通讯领域.  为了自由选择适合的PLD芯片,应向速度与性能、逻辑利用率、用于方便性、编程技术等方面展开考查。

  速度与性能:  数据密集型系统,比如,通讯中对信号展开处置的二维卷积器.在构建这一算法的逻辑系统中,每个单元所必须的输出末端较较少,但必须很多这样的逻辑单元.这些拒绝与FPGA的结构相吻合.因为FPGA的粒度小,其输出到输入的传输延迟时间很短,因而能取得低的单元速度.而掌控密集型系统一般来说是输出密集型的,逻辑简单,CLB的输出末端往往过于用,须要把多个CLB串行级联用于,同时CLB之间的相连有可能通过多级标准化PI或长线,造成速度急剧下降.因而实际的传输延迟时间要大CPLD.比如,构建一个DRAM控制器,它由四个功能块构成:创下状态机、创下地址计数器、创下定时器和地址选择开关,必须的输出末端有几十个,似乎用CPLD更加适合.  逻辑利用率:  逻辑利用率是指器件中资源被利用的程度.CPLD逻辑寄存器较少,FPGA逻辑很弱而寄存器多,这正好与掌控密集型系统与数据密集型系统比较不应.比如,规模同为6000PLD门的is2pLSI1032有192个寄存器;而XC4005E有616个寄存器.因此从逻辑利用率角度,对于人组电路较简单的设计,宜使用颗粒较粗的CPLD,触发器较多的设计,宜使用用细颗粒的FPGA.  (3) 用于方便性:使用方便首先要考虑到性能的可预测性,在这点上CPLD高于FPGA.对于CPLD,一般来说只要输出、输入端口数,内部门和触发器数目不多达芯片的资源并有一定裕量,总是可以构建的.而FPGA,则很难预测,因为已完成设计所须要的CLB逻辑级数是无法事实确认的,只有靠多次试验才能获得失望的结果.  (4) 编程技术:FPGA编程信息存放在外部存储器,要可选存储器芯片,其保密性劣,断电后数据不易遗失.CPLD使用最佳的E2CMOS技术。  尽管FPGA和CPLD都是可编程ASIC器件,有很多联合特点,但由于CPLD和FPGA结构上的差异,具备各自的特点:  ①CPLD更加合适已完成各种算法和人组逻辑,FPGA更加适合于已完成时序逻辑。换句话说,FPGA更加适合于触发器非常丰富的结构,而CPLD更加适合于触发器受限而乘积项非常丰富的结构。

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  ②CPLD的连续式布线结构要求了它的时序延后是均匀分布的和可预测的,而FPGA的分段式布线结构要求了其延后的不可预测性。  ③在编程上FPGA比CPLD具备更大的灵活性。CPLD通过改动具备相同内连电路的逻辑功能来编程,FPGA主要通过转变内部连线的布线来编程;FPGA可在逻辑门下编程,而CPLD是在逻辑块下编程。

  ④FPGA的集成度比CPLD低,具备更加简单的布线结构和逻辑构建。  ⑤CPLD比FPGA用于一起更加便利。

CPLD的编程使用E2PROM或FASTFLASH技术,需要外部存储器芯片,用于非常简单。而FPGA的编程信息须要存放在外部存储器上,用于方法简单。  ⑥CPLD的速度比FPGA慢,并且具备较小的时间可预测性。这是由于FPGA是门级编程,并且CLB之间使用分布式网络,而CPLD是逻辑块级编程,并且其逻辑块之间的网络是集总式的。

  ⑦在编程方式上,CPLD主要是基于E2PROM或FLASH存储器编程,编程次数平均1万次,优点是系统断电时编程信息也不遗失。CPLD又可分成在编程器上编程和在系统编程两类。FPGA大部分是基于SRAM编程,编程信息在系统断电时遗失,每次上电时,需从器件外部将编程数据新的载入SRAM中。其优点是可以编程给定次,可在工作中较慢编程,从而构建板级和系统级的动态配备。

  ⑧CPLD保密性好,FPGA保密性劣。  ⑨一般情况下,CPLD的功耗要比FPGA大,且集成度越高就越显著。


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