FPGA器件介绍

概要：本文介绍了可编程逻辑器件的发展历程，从最早的PROM到现代高性能的FPGA/CPLD，并详细说明了FPGA的结构组成及其主要特点，展示了其在数字逻辑设计中的重要角色和发展趋势。

1. 可编程逻辑器件发展历程

• PROM（可编程只读存储器）：只能存储少量数据，完成简单逻辑功能。
• EPROM / EEPROM（紫外线可擦除只读存储器 / 电可擦除只读存储器）
• PAL / GAL（可编程阵列逻辑 / 通用阵列逻辑）：能完成中大规模的数字逻辑功能。
• FPGA / CPLD（现场可编程门阵列 / 复杂可编程逻辑器件）：完成超大规模的复杂组合逻辑与设计逻辑。
• 代表型号：
  • V7-690T：约 7000 万门
  • K7-325T：约 5000 万门

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2. FPGA的结构

FPGA 一般由以下几个基本部分构成：

• 可编程逻辑功能模块（Configurable Logic Block，CLB）
  • 结构示例：4x6 输入 LUT（查找表）

• 可编程输入输出模块（Input/Output Blocks，IOB）

• 可编程内部互连资源（Programmable Interconnection，PI）

现代平台级 FPGA 还包括以下可选资源：

• 存储器资源：BlockRAM
• 数字时钟管理单元：支持分频、倍频、数字延迟
• I/O 多电平标准兼容（SelectIO）
• 算术运算单元：乘法器、加法器
• 特殊功能模块
• 微处理器模块：如 PowerPC、ARM

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3. 现代 FPGA 的主要特点

• 规模更大
  • 达到上千万门级，更适于实现片上系统（SoC）
• 开发过程投资小
  • FPGA 设计灵活，发现错误时可直接更改设计
  • 减少投片风险，节省潜在花费
  • 可用于实现复杂系统功能和 ASIC 设计的功能样机
• 可重复编程、擦除
  • 在不改变外围电路的情况下，通过修改片内逻辑实现不同电路功能
• 保密性好
  • 可选用具备防止反向工程能力的 FPGA，保护系统安全性及设计者知识产权