FPGA基本知識與發(fā)展趨勢（part2）

由于基于LUT 的FPGA 具有很高的集成度，其器件密度從數(shù)萬門到數(shù)千萬門不等，可以完成極其復(fù)雜的時序與邏輯組合邏輯電路功能，所以適用于高速、高密度的高端數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。其組成部分主要有可編程輸入/ 輸出單元、基本可編程邏輯單元、內(nèi)嵌SRAM、豐富的布線資源、底層嵌入功能單元、內(nèi)嵌專用單元等，主要設(shè)計(jì)和生產(chǎn)廠家有賽靈思、Altera、Lattice、Actel、Atmel 和QuickLogic 等公司，其中最大的是美國賽靈思公司，占有可編程市場50% 以上的市場份額，比其他所有競爭對手市場份額的總和還多。

FPGA 是由存放在片內(nèi)RAM 中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內(nèi)的RAM 進(jìn)行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。

加電時，F(xiàn)PGA 芯片將EPROM 中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM 中，配置完成后，F(xiàn)PGA 進(jìn)入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA 恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA 能夠反復(fù)使用。FPGA 的編程無須專用的FPGA 編程器，只須用通用的EPROM、PROM 編程器即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA 的使用非常靈活。

如前所述，F(xiàn)PGA 是由存放在片內(nèi)的RAM 來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此工作時需要對片內(nèi)RAM 進(jìn)行編程。用戶可根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。Xilinx FPGA 的常用配置模式有5 類：主串模式、從串模式、Select MAP 模式、Desktop 配置和直接SPI 配置。

目前，F(xiàn)PGA 市場占有率最高的兩大公司賽靈思公司和Altera 生產(chǎn)的FPGA 都是基于SRAM 工藝的，需要在使用時外接一個片外存儲器以保存程序。上電時，F(xiàn)PGA 將外部存儲器中的數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)RAM，完成配置后，進(jìn)入工作狀態(tài)；掉電后FPGA 恢復(fù)為白片，內(nèi)部邏輯消失。這樣FPGA 不僅能反復(fù)使用，還無需專門的FPGA編程器，只需通用的PROM、PROM 編程器即可。Actel、QuickLogic 等公司還提供反熔絲技術(shù)的FPGA，具有抗輻射、耐高低溫、低功耗和速度快等優(yōu)點(diǎn)，在軍品和航空航天領(lǐng)域中應(yīng)用較多，但這種FPGA 不能重復(fù)擦寫，開發(fā)初期比較麻煩，費(fèi)用也比較昂貴。Lattice 是ISP 技術(shù)的發(fā)明者，在小規(guī)模PLD 應(yīng)用上有一定的特色。早期的賽靈思公司產(chǎn)品一般不涉及軍品和宇航級市場，但目前已經(jīng)有多款產(chǎn)品進(jìn)入該類領(lǐng)域。

FPGA 芯片結(jié)構(gòu)目前主流的FPGA 仍是基于查找表技術(shù)的，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了先前版本的基本性能，并且整合了常用功能( 如RAM、時鐘管理和DSP) 的硬核(ASIC 型) 模塊。如圖2-3 所示( 注：圖2-3 只是一個示意圖，實(shí)際上每一個系列的FPGA 都有其相應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu))，F(xiàn)PGA 芯片主要由6 部分完成，分別為：可編程輸入輸出單元、基本可編程邏輯單元、完整的時鐘管理、嵌入塊式RAM、豐富的布線資源、內(nèi)嵌的底層功能單元和內(nèi)嵌專用硬件模塊。