認清CPLD和FPGA
我們再來以cyclone系列為例看看FPGA的內部結構:
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/159017.htm
FPGA內部主要就是由LAB單元,連線和IO單元組成。一個LAB單元又包含若干個LE模塊。LE模塊是Cyclone FPGA的基本邏輯單元,下圖是LE模塊的具體結構:

初看上去好像比較復雜,其實最主要的部分就是LUT查找表模塊,以及后面的D觸發器。其他都是一些清零進位旁路等等控制信號邏輯。也就是說查找表是FPGA最根本的邏輯單元。Cyclone FPGA使用的是4輸入LUT查找表。我們設計的邏輯電路最終都是通過EDA工具把所有可能的結果計算出來然后儲存在查找表里面。每次根據輸入信號查找對應的結果,然后輸出就可以了。也就是說FPGA的工作更像是一個RAM,根據不同的輸入信號(地址)輸出相應的數據。
通過上面的結構圖比較我們就可以清楚的看出來CPLD是由實實在在的組合電路組成的,而FPGA說到底就是一個巨大的查找表!也正是這個根本的差異造成了CPLD和FPGA各方面的不同。除了Altera以外,主要的CPLD和FPGA生產廠商還有Xilinx,Actel,Lattice以及Atmel等。各家公司的產品各有特點,在架構上會略有區別,但基本原理都是相同的。下面我們整理一下CPLD和FPGA的主要區別:
1) CPLD的邏輯陣列更適合可重復編程的EEPROM或Flash技術來實現。而FPGA顯然是利用SRAM技術更合適。
2) 由于是EEPROM或者Flash工藝決定了CPLD是有一定的擦寫次數限制的。而FPGA在實際使用中幾乎可以說是無配置次數限制。
3) CPLD由于采用的是EEPROM或者Flash工藝所以配置掉電后不丟失,也就不需要外掛配置芯片。而FPGA采用的是SRAM工藝,配置在掉電后就沒有了,因此需要一個外部配置芯片。
4) CPLD的安全性更高。由于配置芯片的存在,FPGA的保密性就會比CPLD略差。邏輯數據有可能被讀取。(當然FPGA芯片會有一定的加密措施)
5) CPLD由于不需要上電重新配置,所以上電后可以馬上工作。而FPGA上電后需要配置時間,邏輯量的大小配置方式的區別也會影響配置時間的長短。
6) 由于CPLD的連續式布線結構,決定了它的時序延時是均勻和固定的。而FPGA采用的分段式布線結構造成了延時不固定。
7) 由于工藝難度的差異,CPLD一般集成度較低,大多為幾千門或幾萬門的芯片規模,做到幾十萬門已經很困難。而FPGA基于SRAM工藝,集成度更高,可以輕松做到幾十萬門甚至幾百萬門的芯片規模,最新的FPGA產品已經接近千萬門的規模。
8) 同樣由于結構的差異,CPLD更適合完成的是復雜的組合邏輯,如編、譯碼的工作。而FPGA更適合做復雜的時序邏輯。換句話說就是FPGA更適合觸發器豐富的邏輯結構,CPLD適合于觸發器有限但是乘積項豐富的邏輯結構。
9) 也是由于工藝的原因,一般CPLD會比FPGA的功耗高。
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