如何区分FPGA与CPLD?本文告诉你答案!

时间:2025-04-27  作者:Diven  阅读:0

如何区分CPLD或FPGA和哪一个更适合自己?这是一个老生常谈的问题,尤其是学生和初学者。如果您也在这个问题上很迷茫,那么就请听小编为您区分FPGA与CPLD。

如何区分FPGA与CPLD?本文告诉你答案!

CPLD

我们先来看看CPLD,在此以Xilinx CoolRunner-II为例。下图是Xilinx CoolRunner-II的架构图。

现在小编为您解释一下上图的内容。

1.该CPLD具有从“功能块1”到“功能块n”开始的功能块很少(在CoolRunner-II CPLD的情况下,此编号范围为2到32)

2.每个功能块的16行输出进入AIM(高级互连矩阵),而40行信号从AIM输入功能块。

3.每个功能块都有16个MacroCell(MC1到MC16)。

4.每个MacroCell都可以访问来自I / O块的16个信号

5.MacroCell的结构如下所示。每个宏单元包含1个触发器和PLA阵列的产品和,用户可以利用来创建组合或顺序逻辑。CoolRunner-II CLPD(XC2C512)中可用的最大触发器数量为512!(记住这个数字,我们将与FPGA中的触发器数量进行比较)

6.可以对AIM进行编程,以便根据需要互连信号。但正如我们在上面的第二个要点中看到的那样,每个功能块的信号数量都是有限的。

与PLA(programmable LogIC Array,可编程逻辑阵列)相同,CPLD在每个宏单元中的逻辑功能通过JTAG上的系统编程(ISP)接口进行电气编程。编程后,这些基于闪存的连接多年来一直保持不变。这为CPLD提供了“即时启动”工作的独特优势。也就是说,CPLD一上电就开始工作,因为程序通过ISP闪存烧入。但FPGA的情况不尽相同,我们后文再讨论。

一下,我们可以说,在CPLD中,有几百个功能块(或逻辑块),通常少于1000个,可由单个大型逻辑单元互连访问。

FPGA

虽然制造商没有公开发布确切的FPGA架构,但我们仍然可以获得更高级别的架构,这将有助于理解FPGA及其工作原理。让我们先来看一下Xilinx的的高级示例。

在FPGA中,有许多可配置逻辑块(Configurable LogIC Block,CLB )嵌入在可编程互连的“海洋”中。与CPLD的宏单元相比,这些CLB非常复杂,并且可以实现更复杂的逻辑功能。主要由查找表(LUT),多路复用器和触发器组成。FPGA可以在单个器件中包含数百万个CLB!数以百万计的触发器(Xilinx VU13P中约为345.6万个触发器),与Xilinx同厂性能最好的CPLD中的512个触发器相比显得非常庞大。逻辑门数量的巨大差异也决定了FPGA的用途。

如上图所示,FPGA还具有用于各种功能的专用硬件,如RAM,高速串行收发器,数字信号处理(DSP)模块,外部存储器控制器,PLL和MMCM,PCIe等!就多种选择和灵活性而言,CPLD与FPGA无法匹敌。

如前文所述,FPGA基于LUT。当FPGA上电时,器件始终为空白。存在称为配置电路的特殊电路,其从外部ROM读取配置数据,并根据外部ROM中存在的用户设计来配置LUT。FPGA配置需要一些时间,FPGA将在配置加载完成后才开始工作。当然也有例外。一些制造商已经提出内置配置闪存的FPGA。即使在这种情况下,配置数据也没有嵌入到结构中,并且仍然适用一些对时间的设置与配置。

CPLD与FPGA比较汇总

小编了一个表格,可以概括一下两者的异同。

FPGA即使在运行时也可以改变电路结构!(因为只是更新具有不同内容的LUT的问题)这称为部分重配置,当FPGA需要继续运行设计并同时根据需要使用不同的设计更新时非常有用。此功能用于加速计算。

CPLD和FPGA的用途区分

如果设计需要简单的组合逻辑电路,无需进行太多更改,或者需要瞬时接通电路,那么CPLD是不错的选择。否则,对于大多数其应用,FPGA通常是首选。有时您可以在设计案例中看到CPLD + FPGA的组合设计。在这些案例中,CPLD通常用于实现前面提到的简单组合逻辑功能,并负责“引导”FPGA以及控制整个电路板的复位和引导顺序。根据应用程序,您可能需要在设计中使用。

随着AI技术的发展,FPGA又一次站在了风口上——以内置庞大的逻辑门电路,合理的功耗,在GPU、ASIC之后,为AI从业者提供了更为灵活的算法实现方案。在此业态下,FPGA的发展也会给传统应用领域——以高速通信为主的通信领域和以驱动组合逻辑芯片为主的LED显示行业注入新的发展契机。

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