FPGA的基本原理(详细+入门).ppt

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1、FPGA的基本原理一、什么是FPGA?二、FPGA的内部结构三、FPGA内部逻辑模块结构四、FPGA内部I/O模块结构五、FPGA内部布线资源六、FPGA内部编程单元七、PGA的工作速度与速度等级八、FPGA内部逻辑模块数及触发器数九、FPGA内部的时钟网络十、FPGA的集成度十一、FPGA的封装十二、FPGA的功耗十三、FPGA的利用率十四、FPGA中的RAM十五、FPGA的JTAG接口十六、FPGA的设计安全性十七、FPGA的设计流程十八、FPGA的选用一、什么是FPGA?（一）、什么是PLD？

2、lPLD即ProgrammableLogicDevice，称为可编程逻辑器件。按照制造工艺、编程方式、结构、规模的不同可分为PAL、GAL、EPLD、CPLD等不同种类。lPAL即Programmablearraylogic，是70年代末80年代初由MonolithicMemoriesInc。（现为AMD的一部分）首先推出。它是一种熔丝可编程的器件，采用双极性工艺生产，可用来把几片分立的TTL电路集成到一片PAL中。PAL是一次性编程的可编程逻辑器件。lGAL即GenericArrayLogic，是

3、一种采用CMOS工艺生产的可编程逻辑器件，在结构上和PAL相似，可用来代替PAL。GAL是一种可重复编程的器件。lEPLD即可擦除的可编程逻辑器件，包括UV可擦除PLD和电可擦除PLD，EPLD在结构上增加输出宏单元的数目及提供更大的与阵列。lSPLD即Simple-PLD：它包括PAL、GAL和EPLD。lCPLD即Complex-PLD：它是在SPLD的基础上发展起来的，是由逻辑阵列块、可编程连线阵列和I/O模块组成。规模一般比SPLD大，结构一般较复杂。（二）、什么是FPGA？FPGA是英语（

4、FieldprogrammableGateArray）的缩写，即现场可编程门阵。它的结构类似于掩膜可编程门阵（MPGA），由可编程逻辑功能块和可编程I/O模块排成阵列组成，并由可编程的内部连线连接这些逻辑功能块和I/O模块来实现不同的设计。1、FPGA与MPGA的区别：MPGA利用集成电路制造过程进行编程来形成金属互连，而FPGA利用可编程的电子开关实现逻辑功能和互连。2、FPGA与CPLD的区别：1)结构不同：FPGA是由可编程的逻辑模块、可编程的分段互连线和I/O模块组成，而CPLD是由逻辑阵列

5、块、可编程连线阵列和I/O模块组成。2)CPLD延时可预测（Predictable），FPGA的延时与布局布线情况有关。3)CPLD组合逻辑多而触发器较少，而FPGA触发器多。（三）、FPGA的分类1、按可编程逻辑模块大小分：l细粒度型（fine-grain）：内部可编程模块较小的FPGA，如Actel公司的FPGA。l粗粒度型（coarse-grain）：内部可编程模块较大的FPGA，如Xilinx公司的FPGA。2、按可编程逻辑模块结构分：l多路开关型FPGA：可编程逻辑模块实现组合逻辑是用多路

6、开关实现的。lRAM查找表型FPGA：可编程逻辑模块实现组合逻辑是用RAM查找表实现的。3、按可编程单元分：l基于RAM的FPGA这种类型的FPGA一般采用RAM查找表实现逻辑功能，而采用RAM单元控制的电子开关作为编程单元，由于FPGA的功能取决于RAM中的内容，所以改变RAM中的内容就可改变FPGA的电路功能，这种类型的FPGA可实现系统内可重复编程（In-systemreprogrammability）l逆熔丝型的FPGA这种类型的FPGA的编程单元采用逆容丝，由于逆容丝体积非常小，所以这种类

7、型的FPGA保密性非常好。lFLASH型FPGA这种类型的FPGA的编程单元采用FLASH存储器作为电子开关的控制单元，所以采用这种编程单元的FPGA既具有系统内可重复编程性，又具有非易失性（Non-volatility）。4、按可重复编程性分：l一次性编程的FPGA：这种FPGA只能编程一次，如逆熔丝型FPGA就是一次性编程的FPGA。l可重复编程的FPGA：这种FPGA可以反复编程，如基于RAM的FPGA和FLASH型FPGA都可反复编程。（四）、FPGA的优点和其它类型的ASIC相比，FPGA

8、具有以下优点：l不需要初始投资l不要提前制造l无库存风险l模拟工作费时较少l适合样品试制和小批量生产二、FPGA的内部结构LMI/OModulesFPGA内部由四部分组成：即可编程逻辑模块，可编程布线资源，可编程I/O模块。l可编程逻辑模块：是用来实现逻辑门及存贮单元的，理想的可编程逻辑模块应为用户提供高性能、高效、易设计的单元。l可编程布线资源：用来提供内部可编程逻辑模块之间及可编程逻辑模块与可编程I/O模块间的连接。l可编程I/O模块：为FPGA提供可编程引脚，使