FPGA的特點(diǎn)及架構(gòu)

FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列），是在可編程器件（如PAL，GAL，CPLD等）的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為ASIC領(lǐng)域的半定制電路開(kāi)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(jì)的主要硬件平臺(tái)，其主要特點(diǎn)是用戶可以完全通過(guò)軟件進(jìn)行配置和編程來(lái)完成特定功能。并且可以反復(fù)擦除。

在修改和升級(jí)中，不需要對(duì)PCB電路板進(jìn)行額外的更改，而只需要在計(jì)算機(jī)中修改和更新程序，使硬件設(shè)計(jì)工作成為軟件開(kāi)發(fā)工作?？s短了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的周期，提高了實(shí)施的靈活性，降低了成本。

FPGA的特點(diǎn)

1.高性能和實(shí)時(shí)性

由于FPGA芯片由數(shù)百萬(wàn)個(gè)邏輯單元實(shí)現(xiàn)，因此具有并行處理能力，運(yùn)行速度比單片機(jī)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(guò)了100%的測(cè)試，這意味著設(shè)計(jì)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(chǎng)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(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能，而外圍電路保持不變。這為產(chǎn)品升級(jí)和維護(hù)帶來(lái)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(chǔ)器SRAM，用于存儲(chǔ)編程數(shù)據(jù)。

1.可編程邏輯模塊負(fù)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(gè)芯片中。負(fù)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(shí)現(xiàn)n個(gè)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(shí)，通過(guò)引腳的信號(hào)首先發(fā)送到輸入緩沖器，輸入緩沖器分為兩個(gè)通道，一個(gè)直接發(fā)送到MUX通道，另一個(gè)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(kāi)關(guān)，可通過(guò)自動(dòng)接線連接各種電路。芯片內(nèi)線按長(zhǎng)度劃分：?jiǎn)伍L(zhǎng)度線（a），雙長(zhǎng)線（b）和長(zhǎng)線（c）。