一文带你读懂FPGA的组成结构

FPGA 器件结构

1、可编程逻辑门阵列，由最小单元 LE 组成。

2、可编程输入输出单元 IOE。

3、嵌入式 RAM 块，为 M4K 块，每个的存储量为 4K，掉电丢失。

4、布线网络。

5、PLL 锁相环，EP4CE6E22C8N 最大的倍频至 250MHz，这也是该芯片的最大工作频率。

1、基于 SRAM 结构的 FPGA

目前最大的两个 FPGA 厂商 Altera 公司和 Xilinx 公司的 FPGA 产品都是基于 SRAM 工艺来实现的。这种工艺的优点是可以用较低的成本来实现较高的密度和较高的性能;缺点是掉电后 SRAM 会失去所有配置，导致每次上电都需要重新加载。

重新加载需要外部的器件来实现，不仅增加了整个系统的成本，而且引入了不稳定因素。加载过程容易受外界干扰而导致加载失败，也容易受“监听”而破解加载文件的比特流。

虽然基于 SRAM 结构的 FPGA 存在这些缺点，但是由于其实现成本低，被广泛应用在各个领域，尤其是民用产品方面。

2、基于反熔丝结构的 FPGA

目前 FPGA 厂商 Actel 公司的 FPGA 产品都是基于反熔丝结构的工艺来实现的，这种结构的 FPGA 只能编程一次，编程后和 ASIC 一样成为了固定逻辑器件。QuickLogic 公司也有类似的 FPGA 器件，主要面向军品级应用市场。

这样的 FPGA 失去了反复可编程的灵活性，但是大大提高了系统的稳定性，这种结构的 FPGA 比较适合应用在环境苛刻的场合，如高振动、强电磁辐射等航空航天领域。同时，系统的保密性也得到了提高。这类 FPGA 因为上电后不需要从外部加载配置，所以上电后可以很快进入工作状态，即“瞬间上电”技术，这个特性可以满足一些对上电时间要求苛刻的系统。由于是固定逻辑，这种器件的功耗和体积也要低于 SRAM 结构的 FPGA。

3、基于 Flash 结构的 FPGA

Flash 具备了反复擦写和掉电后内容非易失特性，因而基于 Flash 结构的 FPGA 同时具备了 SRAM 结构的灵活性和反融丝结构的可靠性。这种技术是最近几年发展起来的新型 FPGA 实现工艺，目前实现的成本还偏高，没有得到大规模的应用。

从系统安全的角度来看，基于 Flash 结构的 FPGA 具有更高的安全性，硬件出错的几率更小，并能够通过公共网络实现安全性远程升级，经过现场处理即可实现产品的升级换代，该性能减少了现场解决问题所需的昂贵开销。

基于 Flash 结构的 FPGA 在加电时没有像基于 SRAM 结构的 FPGA 那样大的瞬间高峰电流，并且基于 SRAM 结构的 FPGA 通常具有较高的静态功耗和动态功耗。因此，基于 SRAM 结构的 FPGA 功耗问题往往迫使系统设计者不得不增大系统供电电流，并使得整个设计变得更加复杂。

审核编辑 黄昊宇