1.1.2 CPLD/FPGA概述

現場可編程門陣列（FPGA）與復雜可編程邏輯器件（CPLD）都是可編程邏輯器件，它們是在PAL、GAL等邏輯器件的基礎之上發展起來的。同以往的PAL、GAL等相比，CPLD/FPGA的規模比較大，可以替代幾十甚至幾千塊通用IC芯片。這樣的CPLD/FPGA實際上就是一個子系統部件。這種芯片受到世界各地電子工程設計人員的廣泛關注和普遍歡迎。經過了十幾年的發展，許多公司都開發出了多種可編程邏輯器件。比較典型的就是Xilinx公司的FPGA器件系列和Altera公司的CPLD器件系列，它們開發較早，占據了較大的PLD市場。通常來說，在歐洲用Xilinx公司產品的人多，在亞太地區用Altera公司產品的人多，在美國則是平分秋色。全球CPLD/FPGA產品60%以上是由Altera公司和Xilinx公司提供的?？梢哉f，Altera公司和Xilinx公司共同決定了PLD技術的發展方向。當然，還有許多其他類型的器件，如：Lattice、Vantis、Actel、Quicklogic和Lucent公司的產品等。

盡管CPLD、FPGA和其他類型PLD的結構各有其特點和長處，但概括起來，它們是由3大部分組成的，即一個二維的邏輯塊陣列（構成PLD器件的邏輯組成核心）；輸入/輸出塊；連接邏輯塊的連線資源。連線資源由各種長度的連線線段組成，其中也有一些可編程的連接開關，它們用于邏輯塊之間、邏輯塊與輸入/輸出塊之間的連接。典型的PLD的框圖如圖1-2所示。對用戶而言，CPLD與FPGA的內部結構稍有不同，但用法一樣，因此在多數情況下，可不加以區分。

圖1-2 典型的PLD的框圖

CPLD/FPGA芯片都是特殊的ASIC芯片，它們除了具有ASIC的特點之外，還具有以下幾個優點。

1）隨著超大規模集成電路（Very Large Scale IC，VLSI）工藝的不斷提高，單一芯片內部可以容納上百萬個晶體管，CPLD/FPGA芯片的規模也越來越大，其單片邏輯門數已達到上百萬門，它所能實現的功能也越來越強，同時也可以實現系統集成。

2）CPLD/FPGA芯片在出廠之前都做過百分之百的測試，設計人員只需在自己的實驗室里就可以通過相關的軟硬件環境來完成芯片的最終功能設計。因此，CPLD/FPGA的資金投入小，節省了許多潛在的成本。

3）用戶可以反復地編程、擦除、使用或者在外圍電路不動的情況下用不同軟件實現不同的功能。因此，用CPLD/FPGA試制樣片，能以最快的速度占領市場。CPLD/FPGA軟件包中有各種輸入工具、仿真工具、版圖設計工具和編程器等產品，電路設計人員在很短的時間內就可完成電路的輸入、編譯、優化及仿真，直至最后芯片的制作。當電路有少量改動時，更能顯示出CPLD/FPGA的優勢。當電路設計人員使用CPLD/FPGA進行電路設計時，不需要具備專門的IC深層次的知識。CPLD/FPGA軟件易學易用，可以使設計人員更能集中精力進行電路設計，快速將產品推向市場。