FPGA与CPLD的辨别和分类

FPGA（Field-Programmable Gate Array）和CPLD（Complex Programmable Logic Device）都是集成电路领域的可编程逻辑器件，广泛应用于数字电路设计中。两者虽然都提供了灵活的设计方案，但它们在结构、工作原理、应用领域以及特性上存在显著差异。 从结构上看，CPLD通常采用乘积项结构，即由多个可编程逻辑阵列（PLA）组成，这些阵列可以组合成复杂的逻辑功能。这种结构使得CPLD在处理组合逻辑和算法方面表现出色。例如，Lattice的ispLSI系列、Xilinx的XC9500系列、Altera的MAX7000S系列和Lattice(原Vantis)的Mach系列都是典型的CPLD产品。 相比之下，FPGA采用查找表（Look-Up Table, LUT）结构，通过配置查找表实现逻辑功能。FPGA的结构更为复杂，包括可配置逻辑块（CLB）、输入/输出单元（IOB）和内部连线资源，如Xilinx的SPARTAN系列和Altera的FLEX10K或ACEX1K系列。这种结构使FPGA在实现时序逻辑和触发器丰富的设计时更具优势。 在工作原理上，CPLD通过修改固定内连电路的逻辑功能进行编程，而FPGA则主要通过改变内部连线的布局来实现不同的逻辑。CPLD的连续式布线结构导致其时序延迟相对固定且可预测，适合对时序要求严格的场合。相反，FPGA的分段式布线结构会导致时序延迟难以精确预估，更适合需要高度灵活性的设计。 在编程方式上，CPLD多采用非易失性存储器如E2PROM或FASTFLASH，编程次数较多，且在系统断电后编程信息不会丢失。CPLD可选择在编程器上编程或在系统中编程。而FPGA通常使用易失性SRAM进行编程，需要在每次上电时从外部加载编程数据，支持快速配置和板级动态更新，但牺牲了编程信息的持久性。 在性能方面，CPLD因为其结构特点通常速度较快，时序可预测性更强，而FPGA的灵活性和更高的集成度使得它在处理复杂逻辑和大规模设计时更胜一筹。然而，FPGA的功耗通常高于CPLD，特别是在高集成度的应用中。此外，CPLD的保密性优于FPGA，对于一些需要保护知识产权的设计，可能更倾向于选择CPLD。 FPGA和CPLD各有优劣，选择哪种器件取决于具体应用的需求，包括性能、功耗、成本、设计复杂度和可编程性等因素。设计师需要根据项目需求权衡这些因素，以确定最合适的可编程逻辑解决方案。