现场可编程门阵列综述【文献综述】

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1、毕业论文文献综述电子信息工程现场可编程门阵列综述摘要：现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，FPGA)作为一种可编程逻辑器件，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，在短短二十多年里从电子设计的外围器件逐步演变为数字系统的核心，在计算机硬件、通信、航空航天和汽车电子等诸多领域有着广泛的应用。它作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现，在解决了定制电路的不足的同时，又克制了原有可编程器件门电路数有限的缺点。随着功耗和成本的进一步降低，FPGA还将进入更多的应用领域。关键词：现场可编程门阵列(FPG

2、A)；可编程器件；可编程时间控制器1、序言现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArrays，FPGA)是一种可编程使用的信号处理器件，用户可通过改变配置信息对其功能进行定义，以满足设计需求。与传统数字电路系统相比，FPGA具有可编程、高集成度、高速和高可靠性等优点，通过配置器件内部的逻辑功能和输入／输出端口，将原来电路板级的设计放在芯片中进行，不仅提高了电路性能，而且降低了印刷电路板设计的工作量和难度，还更有效提高了设计的灵活性和效率[1]。2、可编程器件发展历史自20世纪70年代以来，可编程逻辑器件(ProgrammableLogicDevice

3、，PLD)作为一种通用型器件迅速发展起来，改变了采用固定功能器件、自下而上的传统数字系统设计方法。使用可编程逻辑器件[2]，用户可通过编程的方式实现所需逻辑功能，而不必依赖由芯片制造商设计和制造的ASIC芯片。FPGA技术作为像元级处理的重要前端验证技术，与ASIC技术相比，具有开发周期短、成本低和灵活性高等优点，已经有越来越多的FPGA器件被用来代替由ASIC完成的高性能信号处理任务[3]按照结构区分，PLD的发展历程上前后共有4种可编程逻辑器件类型：PLA、PAL、CPLD和FPGA[4]。FPGA具有了门阵列器件的高集成度和通用性，还具有着用户可编程的灵活性[5]，

4、在规模和密度上的发展并不受到整体架构的限制，同时FPGA还具有功能强大的EDA软件的支持，在随后的20多年中得到了飞速发展。现场可编程门阵列(FPGA)是一种通用器件[6]，包含大量重复的可编程逻辑块(CLB)、输入输出单元(IOB)、可编程互连线(PI)等基本单元[7]。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(LogicCellArray)这一新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB(configurableLogicBlock)、输出输入模块IOB(Input0utputBlock)和内部连线(Interconnect)三个部分。-4-FPGA采用不同于PLD架构的设计方式，拥

5、有较高的密度和容量，还具有I/O多、功耗低等优点，然而其布线复杂[8]，亦导致时序延迟，且呈非固定式，延迟时间较长。目前PLD／FPGA供货商全部来自美国公司，主要是Xilinx、Altera、Lattice、Actel、Atmel等。其中以Xilinx和Altera的市场占有率最大，是最大的可编程集成电路供货商。Actel公司一直是世界反熔丝技术FPGA的领先供应商，是军品级和宇航级器件的主要供应商。本文主要介绍Xilinx产品系列。3、FPGA的前沿设计技术与未来发展趋势在深亚微米制造工艺下，晶体管的特征尺寸从130nm、90nm、65nm、45nm发展到更新的32a

6、m及22nm等，FPGA器件的密度和速度不断攀升，片上集成功能更加复杂，静态功耗也在不断增加，传输线延时已大大超过单元电路的门延时，这些因素对传统半导体设计技术带来了巨大的挑战。FPGA发展主要有以下几个值得注意的方向：(1)规模越来越大，集成度越来越高早期的FPGA规模只有几千门，2006年5月份，Xilinx公司推出世界上第一个65nmFPGA系列——Virtex-5。基于65nm三极栅氧化层技术、11层铜布线工艺、低K材料、新型镍硅自对准技术、新型ExpressFabric技术和ASMBL架构，可以提供330000个逻辑单元(可编程逻辑门约660万门)和1200个用

7、户I／0。基于Xilinx公司FPGAXC4VLX60实现了流量处理原型系统．原型系统逻辑占可用逻辑资源比例为82％[9]。(2)速度不断提高，性能不断提升Xilinx2006年推出的Virtex一5Lx性能和利用率都很高，同时功耗大幅度降低。Virtex一5LxFPGA比上一代90nmFPGA提供高出30％的性能，少占用45％的硅片面积，以及提供比上一代90nmFPGA低35％的业界最低动态功耗。Virtex一5Lx系列还通过性能优化的IP块拥有了550MHz时钟频率。高性能SelectIo特性提供了到667MbpsDDR2