FPGA、PLD、CPLD之間的雜亂關(guān)系

FPGA

ASIC芯片內(nèi)部架構(gòu)較為簡單，不可以硬件編程，只能用來專門處理某一種功能，靈活性最差，但是在執(zhí)行某一種任務(wù)上的效率最高。ASIC也被稱為專用集成電路。

fpga你可以理解成把一堆邏輯器件比如與門，或門，選擇器等放在一個盒子里，盒子周圍就是片子的引腳。通過邏輯編寫，把許多的門和許多選擇器等器件串聯(lián)或并聯(lián)引腳上。就等于把數(shù)電實驗在fpga里面做。

FPGA的特點如下：

（1）采用FPGA設(shè)計ASIC電路（專用集成電路），用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。

（2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。

（3）FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳。

（4）FPGA是ASIC電路中設(shè)計周期最短、開發(fā)費用最低、風(fēng)險最小的器件之一。

（5）FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。

CPU芯片內(nèi)部架構(gòu)最復(fù)雜，不可以硬件編程，但是可以通過外部的編程軟件來編寫實現(xiàn)各種功能的軟件，具備最高的靈活性，和最低的處理效率。CPU也被稱為通用集成電路。

PLD

PLD是可編程邏輯器件（Programable Logic Device）的簡稱，F(xiàn)PGA是現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programable Gate Array）的簡稱，兩者的功能基本相同，只是實現(xiàn)原理略有不同，所以我們有時可以忽略這兩者的區(qū)別，統(tǒng)稱為可編程邏輯器件或PLD/FPGA。 PLD是電子設(shè)計領(lǐng)域中最具活力和發(fā)展前途的一項技術(shù)，它的影響絲毫不亞于70年代單片機(jī)的發(fā)明和使用。

PLD能做什么呢？可以毫不夸張的講，PLD能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能CPU，下至簡單的74電路，都可以用PLD來實現(xiàn)。PLD如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自由的設(shè)計一個數(shù)字系統(tǒng)。通過軟件仿真，我們可以事先驗證設(shè)計的正確性。在PCB完成以后，還可以利用PLD的在線修改能力，隨時修改設(shè)計而不必改動硬件電路。使用PLD來開發(fā)數(shù)字電路，可以大大縮短設(shè)計時間，減少PCB面積，提高系統(tǒng)的可靠性。 PLD的這些優(yōu)點使得PLD技術(shù)在90年代以后得到飛速的發(fā)展，同時也大大推動了EDA軟件和硬件描述語言（HDL）的進(jìn)步。

如何使用PLD呢？其實PLD的使用很簡單，學(xué)習(xí)PLD比學(xué)習(xí)單片機(jī)要簡單的多，有數(shù)字電路基礎(chǔ)，會使用計算機(jī)，就可以進(jìn)行PLD的開發(fā)。不熟悉PLD的朋友，可以先看一看可編程邏輯器件的發(fā)展歷程。當(dāng)今社會是數(shù)字化的社會，是數(shù)字集成電路廣泛應(yīng)用的社會。數(shù)字集成電路本身在不斷地進(jìn)行更新?lián)Q代。它由早期的電子管、晶體管、小中規(guī)模集成電路、發(fā)展到超大規(guī)模集成電路（VLSIC，幾萬門以上）以及許多具有特定功能的專用集成電路。

但是，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計與制造集成電路的任務(wù)已不完全由半導(dǎo)體廠商來獨立承擔(dān)。系統(tǒng)設(shè)計師們更愿意自己設(shè)計專用集成電路（ASIC）芯片，而且希望ASIC的設(shè)計周期盡可能短，最好是在實驗室里就能設(shè)計出合適的ASIC芯片，并且立即投入實際應(yīng)用之中，因而出現(xiàn)了現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPLD），其中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）和復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）。早期的可編程邏輯器件只有可編程只讀存貯器（PROM）、紫外線可按除只讀存貯器（EPROM）和電可擦除只讀存貯器（EEPROM）三種。

由于結(jié)構(gòu)的限制，它們只能完成簡單的數(shù)字邏輯功能。 其后，出現(xiàn)了一類結(jié)構(gòu)上稍復(fù)雜的可編程芯片，即可編程邏輯器件（PLD），它能夠完成各種數(shù)字邏輯功能。典型的PLD由一個“與”門和一個“或”門陣列組成，而任意一個組合邏輯都可以用“與一或”表達(dá)式來描述，所以， PLD能以乘積和的形式完成大量的組合邏輯功能。這一階段的產(chǎn)品主要有PAL（可編程陣列邏輯）和GAL（通用陣列邏輯）。

PAL由一個可編程的“與”平面和一個固定的“或”平面構(gòu)成，或門的輸。出可以通過觸發(fā)器有選擇地被置為寄存狀態(tài)。PAL器件是現(xiàn)場可編程的，它的實現(xiàn)工藝有反熔絲技術(shù)、EPROM技術(shù)和EEPROM技術(shù)。還有一類結(jié)構(gòu)更為靈活的邏輯器件是可編程邏輯陣列（PLA），它也由一個“與”平面和一個“或”平面構(gòu)成，但是這兩個平面的連接關(guān)系是可編程的。PLA器件既有現(xiàn)場可編程的，也有掩膜可編程的。 在PAL的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了一種通用陣列邏輯GAL（Generic Array Logic），如GAL16V8，GAL22V10 等。它采用了EEPROM工藝，實現(xiàn)了電可按除、電可改寫，其輸出結(jié)構(gòu)是可編程的邏輯宏單元，因而它的設(shè)計具有很強(qiáng)的靈活性，至今仍有許多人使用。 這些早期的PLD器件的一個共同特點是可以實現(xiàn)速度特性較好的邏輯功能，但其過于簡單的結(jié)構(gòu)也使它們只能實現(xiàn)規(guī)模較小的電路。

CPLD

CPLD是Complex Programmable Logic Device的簡寫，中文為復(fù)雜可編程邏輯器件，是從PAL和GAL器件發(fā)展出來的器件，其規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于大規(guī)模集成電路范圍。CPLD是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。其基本設(shè)計方法是借助集成開發(fā)軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應(yīng)的目標(biāo)文件，通過下載電纜將代碼傳送到目標(biāo)芯片中，實現(xiàn)設(shè)計的數(shù)字系統(tǒng)。

20世紀(jì)70年代，最早的可編程邏輯器件PLD就誕生了。其輸出結(jié)構(gòu)是可編程的邏輯宏單元，因為它的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計可由軟件完成（相當(dāng)于房子蓋好后人工設(shè)計局部室內(nèi)結(jié)構(gòu)），因而它的設(shè)計比純硬件的數(shù)字電路具有很強(qiáng)的靈活性，但其過于簡單的結(jié)構(gòu)也使它們只能實現(xiàn)規(guī)模較小的電路。為彌補(bǔ)PLD只能設(shè)計小規(guī)模電路這一缺陷，20世紀(jì)80年代中期，推出了復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD。此應(yīng)用已深入網(wǎng)絡(luò)、儀器儀表、汽車電子、數(shù)控機(jī)床、航天測控設(shè)備等方面。

CPLD是一種用戶根據(jù)各自需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。其基本設(shè)計方法是借助集成開發(fā)軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應(yīng)的目標(biāo)文件，通過下載電纜（“在系統(tǒng)”編程）將代碼傳送到目標(biāo)芯片中，實現(xiàn)設(shè)計的數(shù)字系統(tǒng)。

CPLD， 體積小，速度快，但是資源少。CPLD是Complex Programmable Logic Device（復(fù)雜可編程邏輯器件）的縮寫，代表的是一種可編程邏輯器件，它可以在制造完成后由用戶根據(jù)自己的需要定義其邏輯功能。不需要外部接RAM。

先說FPGA和CPLD，先從名字上理解，F(xiàn)PGA：現(xiàn)場可編程門陣列，CPLD：復(fù)雜可編程邏輯器件，他們都是可編程器件，但是CPLD的程序是固化在內(nèi)部flash的，掉電之后重新上電程序依然在。而FPGA內(nèi)部并沒有flash，掉電之后程序會消失，當(dāng)然可以外部掛一個flash存儲程序，每次掉電重啟都從flash加載。從規(guī)模上講，F(xiàn)PGA的的容量（邏輯單元）一般要比CPLD大的多，功能更強(qiáng)，成本更高，功耗也更大，可編程性也更加靈活，所以兩者有不同的市場定位，F(xiàn)PGA主要用于芯片功能驗證（高度復(fù)雜）、圖像處理（大數(shù)據(jù)）和通信（高速率）領(lǐng)域，CPLD可用于信號發(fā)生等小規(guī)模工控市場。

PLD是一個廣泛的概念，F(xiàn)PGA和CPLD都屬于PLD，編程是硬件可編程，邏輯設(shè)計！PLC是可編程控制器，常見的51單片機(jī)就是屬于PLC了，是ASIC！也就是硬件是做死的，內(nèi)部的電路是固化的，可以看作是一種定制的芯片，編程是軟件編程！

DSP有很強(qiáng)的運算能力，有更多的乘法器加法器等，嚴(yán)格來說DSP是一種軟核，再增加外圍的存儲、時鐘等才封裝成芯片，在圖像處理、數(shù)學(xué)運算上有較大優(yōu)勢。

從最早的PAL、GAL發(fā)展到后來的CPLD、FPGA，都屬于可編程邏輯器件。

這些器件的內(nèi)部構(gòu)造各有差異，但是總體上看，都很類似于做實驗用的那種面包板。

面包板上去我們可以插各種器件，用飛線連接起來，搭成各種各樣的電路。

可編程器件也一樣，里面有兩大部分：預(yù)先做好的一大堆邏輯門、觸發(fā)器、存儲器等等單元，還有連接到這些的布線。布線和布線之間的連接點空著，可以通過某種手段，連接或者斷開某些布線之間的連接點，使得各種預(yù)先做好的器件之間建立電路連接，完成某種功能，這個過程，就叫做“編程”。

有的器件是一次性的，把線路之間一次性燒短路或者斷路。有的是用一個傳輸門連接兩條線路，傳輸門的控制端對應(yīng)SRAM或者Flash存儲器中的一位，1導(dǎo)通0斷開之類的。這個存儲器就構(gòu)成了器件的配置區(qū)，給這個配置區(qū)里寫入特定的數(shù)據(jù)，就能形成需要的電路。

至于這個配置數(shù)據(jù)怎么得來，簡單的PAL、GAL可以自己手寫，大規(guī)模器件可以先用電路圖、邏輯表達(dá)式、硬件描述語言等等去描述，然后再用EDA軟件做綜合和布線，生成最終的配置信息，也就是所謂的網(wǎng)表文件。

FPGA芯片內(nèi)部架構(gòu)稍微復(fù)雜一些，可以硬件編程，因而可以通過硬件編程語言來改變內(nèi)部芯片的邏輯結(jié)構(gòu)，從而能夠在提供一定靈活性的同時，還能夠保證較高的處理效率，算是在靈活性和性能上取了個折中。FPGA也被稱為可編程集成電路。