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　　【中國(guó)集群通信網(wǎng)】FPGA 的含義、配置模式與類(lèi)型

　　FPGA(Field Programmable Gate Array)是現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程邏輯器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物，是專(zhuān)用集成電路(ASIC)中集成度最高的一種。FPGA采用了邏輯單元陣列LCA(Logic Cell Array)這樣一個(gè)新概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB(Configurable Logic Block)、輸出輸入模塊IOB(Input Output Block)和內(nèi)部連線(Interconnect)三個(gè)部分。用戶(hù)可對(duì)FPGA內(nèi)部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，以實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的邏輯。它還具有靜態(tài)可重復(fù)編程和動(dòng)態(tài)在系統(tǒng)重構(gòu)的特性，使得硬件的功能可以像軟件一樣通過(guò)編程來(lái)修改。它是作為專(zhuān)用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，不僅解決了定制電路的不足，還克服了原有可編程邏輯器件門(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。

　　可以毫不夸張地講，F(xiàn)PGA能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能CPU，下至簡(jiǎn)單的74電路，都可以用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)。FPGA如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過(guò)傳統(tǒng)的原理圖輸入法，或是硬件描述語(yǔ)言自由的設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，通過(guò)軟件仿真，可以事先驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。在PCB完成以后，還可以利用FPGA的在線修改能力，隨時(shí)修改設(shè)計(jì)而不必改動(dòng)硬件電路。使用FPGA來(lái)開(kāi)發(fā)數(shù)字電路，可以大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少PCB面積，提高系統(tǒng)的可靠性。

　　目前，F(xiàn)PGA的品種很多，有XILINX的 XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來(lái)設(shè)置其工作狀態(tài)的，因而工作時(shí)需要對(duì)片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。用戶(hù)可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。FPGA的配置模式有如下幾種。

　　1、并行主模式

　　即一片F(xiàn)PGA加一片EPROM的方式。

　　2、主從模式

　　可以支持一片PROM編程多片F(xiàn)PGA的方式。

　　3、串行模式

　　可以采用串行PROM編程FPGA的方式。

　　4、外設(shè)模式

　　可以將FPGA作為微處理器的外設(shè)，由微處理器編程FPGA的方式。

　　根據(jù)FPGA基本結(jié)構(gòu)的不同，一般有下列三種類(lèi)型(前兩種應(yīng)用較多)。

　　1、基于乘積項(xiàng)(Product-Term)技術(shù)的FPGA

　　該類(lèi)FPGA主要由3個(gè)模塊組成：一是邏輯單元陣列(Logic Cell Array)，它是FPGA的基本結(jié)構(gòu)，由它來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的邏輯功能;二是可編程連線(PIA)，它負(fù)責(zé)信號(hào)傳送，連接所有的宏單元;三是I/O控制塊，它負(fù)責(zé)輸入/輸出的電氣特性控制，如可設(shè)定集電極開(kāi)路輸出、擺率控制、三態(tài)輸出等。

　　2、基于查找表(Look-Up-Table)技術(shù)的FPGA

　　查找表簡(jiǎn)稱(chēng)LUT，這類(lèi)FPGA是目前的一種主流產(chǎn)品，其本質(zhì)就是一個(gè)RAM。目前，F(xiàn)PGA中多使用4輸入的LUT，每一個(gè)LUT可看成一個(gè)有4位地址線的16×1的RAM。當(dāng)用戶(hù)通過(guò)原理圖或HDL語(yǔ)言描述了一個(gè)邏輯電路后，F(xiàn)PGA開(kāi)發(fā)軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算邏輯電路的所有可能的結(jié)果，并將結(jié)果事先寫(xiě)入RAM。這樣，每輸入一個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，就等于輸入一個(gè)地址進(jìn)行查表，找出地址對(duì)應(yīng)的內(nèi)容輸出即可。

　　3、基于反熔絲(Anti-fuse)技術(shù)的FPGA

　　該類(lèi)FPGA主要作特殊應(yīng)用，它不能重復(fù)擦寫(xiě)，因而初期開(kāi)發(fā)過(guò)程比較麻煩，費(fèi)用也較昂貴。可它具有布線能力更強(qiáng)、系統(tǒng)速度更快、功耗更低、耐高低溫、抗輻射能力強(qiáng)、可加密等許多優(yōu)點(diǎn)，因而多應(yīng)用于軍事與航空航天等特殊要求的領(lǐng)域。