FPGA工作原理

FPGA工作原理如前所述，FPGA是在PAL、GAL、EPLD、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路有限的缺点由于FPGA需要被反复烧写，它实现组合逻辑的基本结构不可能像ASI C那样通过固定的与非门来完成，而只能采用一种易于反复配置的结构查找表可以很好地满足这一要求，目前主流FPGA都采用了基于S RAM工艺的查找表结构，也有一些军品和宇航级FPGA采用Flash或者熔丝与反熔丝工艺的查找表结构通过烧写文件改变查找表内容的方法来实现对FPGA的重复配置根据数字电路的基本知识可以知道，对于一个n输入的逻辑运算，不管是与或非运算还是异或运算等等，最多只可能存在2n种结果所以如果事先将相应的结果存放于一个存贮单元，就相当于实现了与非门电路的功能FPGA的原理也是如此，它通过烧写文件去配置查找表的内容，从而在相同的电路情况下实现了不同的逻辑功能查找表Look-Up-Table简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的的RAM当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把真值表即结果事先写入RAM，这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可下面给出一个4与门电路的例子来说明LUT实现逻辑功能的原理例1给出一个使用LUT实现4输入与门电路的真值表从中可以看到，LUT具有和逻辑电路相同的功能实际上，LUT具有更快的执行速度和更大的规模由于基于LUT的FPGA具有很高的集成度，其器件密度从数万门到数千万门不等，可以完成极其复杂的时序与逻辑组合逻辑电路功能，所以适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域其组成部分主要有可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、内嵌SRAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元、内嵌专用单元等，主要设计和生产厂家有、、、Actel、Atmel和等公司，...。