FPGA的特点及架构

FPGA（现场可编程门阵列），是在可编程器件（如PAL，GAL，CPLD等）的基础上进一步发展的产物。它是作为ASIC领域的半定制电路开发的，不仅解决了定制电路的不足，而且克服了原有可编程器件栅极电路的局限性。它是当今数字系统设计的主要硬件平台，其主要特点是用户可以完全通过软件进行配置和编程来完成特定功能。并且可以反复擦除。

在修改和升级中，不需要对PCB电路板进行额外的更改，而只需要在计算机中修改和更新程序，使硬件设计工作成为软件开发工作。缩短了系统设计的周期，提高了实施的灵活性，降低了成本。

FPGA的特点

1.高性能和实时性

由于FPGA芯片由数百万个逻辑单元实现，因此具有并行处理能力，运行速度比单片机和DSP快得多。

2.高集成性能

FPGA可以根据用户的需求在内部嵌入硬/软IP核，从而满足不同的要求，使用SOPC技术可以节省目标硬件的面积。

3.高可靠性、低成本

现在现在的FPGA芯片在出厂前都经过了100%的测试，这意味着设计人员不需要承担芯片的生产成本。

4.高灵活性和低功耗

FPGA是现场可编程的。用户可以重复编程、擦除、使用或使用不同的设计来实现不同的功能，而外围电路保持不变。这为产品升级和维护带来了极大的便利。

FPGA的架构

FPGA使用逻辑单元阵列（LCA）的概念，其中包括可配置逻辑模块CLB（可配置逻辑块），输入/输出块（IOB），互连和静态存储器SRAM，用于存储编程数据。

1.可编程逻辑模块负载均衡

CLB是逻辑功能的基本单元，通常排列成规则阵列并分散在整个芯片中。负载均衡一般由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器等组成。函数发生器用于实现n个输入变量的任意组合逻辑。

2.输入/输出模块（IOB）

IOB在器件引脚和内部逻辑阵列之间提供连接，主要由输入发生器，输入缓冲器，输出触发/锁存器和输出缓冲器组成，可以定义为具有双向I/O功能的输入/输出。当定义为输入时，通过引脚的信号首先发送到输入缓冲器，输入缓冲器分为两个通道，一个直接发送到MUX通道，另一个在延迟后发送到输入路径D触发器。然后发送到数据选择器，根据不同的控制信息判断CLB数组是发送到输入缓冲区还是触发。

3.可编程互连资源红外

IR可以在CLB和CLB之间或CLB和IOB之间连接，IR主要由许多金属段组成。这些金属段具有可编程开关，可通过自动接线连接各种电路。芯片内线按长度划分：单长度线（a），双长线（b）和长线（c）。