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简述CPLD/FPGA的原理特点及应用1. 什么是CPLD/FPGACPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件）和FPGA （Field Programmable Gate Array，场可编程门阵列）都属于可编程逻辑器件的一种。
它们是在数字电路设计领域中广泛应用的一类芯片，能够根据设计者的需求进行灵活的逻辑和功能配置。
CPLD是由可编程逻辑门、触发器和可编程互连电路构成；FPGA则是基于可编程逻辑块、可编程的互连和内部存储单元块。
2. CPLD/FPGA的工作原理CPLD/FPGA的工作原理是通过对其内部的逻辑单元、开关和互连网络进行编程来实现特定的功能和逻辑操作。
2.1 CPLD的工作原理CPLD是由大量可编程逻辑门和触发器构成的，其中逻辑门负责逻辑运算，触发器负责存储数据。
CPLD内部的可编程逻辑门和触发器的连线可以通过编程修改，从而灵活配置逻辑功能。
CPLD通过内部编程存储器（PROM）或者FLASH等方式存储逻辑设计，并在电源打开后加载这些设计。
一旦CPLD内部的逻辑门和连线被编程好后，它们将始终保持不变，从而实现了硬件的逻辑功能。
2.2 FPGA的工作原理FPGA的逻辑块（Logic Block）是由可编程逻辑单元、可编程的互连和内部存储单元块组成。
逻辑单元负责逻辑运算，互连负责连接逻辑单元和存储单元，内部存储单元用于存储数据。
FPGA利用逻辑单元和互连网络构建逻辑功能，通过内部存储单元来实现数据的存储。
与CPLD不同的是，FPGA的逻辑块在每次上电时都需要重新加载设计，因此它可以根据需求重新配置逻辑功能。
3. CPLD/FPGA的特点CPLD/FPGA有以下几个特点：3.1 可编程性CPLD/FPGA可以根据设计者的需要进行编程，从而实现特定的逻辑功能。
这种可编程性使得CPLD/FPGA适用于多种应用场景，能够灵活应对不同的需求。
可编程逻辑器件CPLD和FPGA的特点和应用一、可编程逻辑器件(CPLD)的特点和应用：CPLD是一种具有很高逻辑容量的可编程逻辑器件，它通常由可编程逻辑单元(PLE)和可编程互连网络(PIN)组成。
CPLD的主要特点如下：1.逻辑容量大：CPLD的逻辑容量通常可以达到数千个逻辑门等效。
这使得CPLD非常适合那些需要大规模逻辑功能的应用，如控制器、通信接口和高级数学运算等。
2.可编程性强：CPLD可以通过编程操作来实现不同的逻辑功能。
它使用类似于电荷耦合器(CPL)的可编程逻辑单元来实现逻辑功能，其中每个CPL可以实现与或非门、与非门或非与门等逻辑运算。
3.器件内部拓扑复杂：CPLD具有丰富的内部互连网络，可以将各个逻辑元件之间的信号按照需要进行连接。
这使得CPLD可以实现复杂的信号处理和数据流处理功能。
4.快速重编程：CPLD可以在运行时进行在线编程，从而允许系统进行动态配置和故障恢复。
这一特点使得CPLD广泛应用于技术验证、原型设计和快速迭代开发等场景。
CPLD的应用主要集中在以下几个领域：1.控制器：CPLD可以用于实现各种控制器，如数字信号处理器(DSP)的外围控制器、数据采集/输出控制器等。
其高逻辑容量和可编程性强的特点使得CPLD非常适合这些应用场景。
2. 通信接口：CPLD可以实现多种通信协议和接口，如串行通信接口(SPI/I2C/UART)、嵌入式总线接口(PCI/USB/Ethernet)等。
这些接口在通信系统中起到了关键的作用。
3.高级数学运算：CPLD可以实现各种高级数学运算，如矩阵运算、滤波运算、FFT运算等。
这些运算对于数字信号处理(DSP)和图像处理等应用非常重要。
4.逻辑分析仪：CPLD可以实现逻辑分析仪的功能，用于捕获和分析数字信号的时序和逻辑关系。
逻辑分析仪在系统调试和故障分析中非常有用。
二、现场可编程门阵列(FPGA)的特点和应用：FPGA是一种具有大规模逻辑容量和可编程性的可编程逻辑器件。
eda技术及应用第三版课后答案谭会生【篇一：《eda技术》课程大纲】>一、课程概述1.课程描述《eda技术》是通信工程专业的一门重要的集中实践课，是通信工程专业学生所必须具备的现代电子设计技术技能知识。
eda是电子技术的发展方向，也是电子技术教学中必不可少的内容。
本课程主要介绍可编程逻辑器件在电子电路设计及实现上的应用，介绍电路原理图和pcb图的设计技术。
开设该课程，就是要让学生了解大规模专用集成电路fpga和cpld的结构，熟悉一种以上的硬件描述语言，掌握一种以上的开发工具的使用等，掌握电路原理图和pcb图的现代设计技术与方法，从而提高学生应用计算机对电子电路和高速智能化系统进行分析与设计的能力。
2.设计思路本课程坚持“以学生为中心”的原则，以项目任务驱动的方式，采取理论知识与案例相结合的方式授课，提高学生的学习主动性。
通过必要的理论知识讲授、大量的实践训练和案例分析，培养学生的动手设计和实践能力，掌握eda开发的整个流程和基本技巧。
课程采用演示讲授和实践相结合，边讲边练的方法，让学生切身体会并掌握eda开发产品的流程和方法。
本课程集中2周时间开设，注重实践性，边讲边练，让学生切身体会并掌握eda开发技术。
3.实践要求（1）纪律和安全要求①不得将食物带入实验室，每次实训后请将使用后的废弃物带走。
违反者每次扣罚平时分2分。
②实训期间不得做与实训无关的其他事情，不得大声喧哗或做其他影响实训正常进行的事宜。
违反者每次扣罚平时分2分。
③实训期间，若学生有事不能正常参加实训，须提前以书面形式请假，并按指导教师的安排补做实训。
未经指导教师许可，学生不得任意调换实训时间和实训地点。
违反者每次扣罚平时分4分。
④学生不得以任何理由替代他人进行实训，违者直接取消实训成绩。
⑤学生除操作自己所分配的计算机外，不得操作实验室内其他任何设备。
违者每次扣罚平时分2分。
（2）业务要求实训所使用的软件protel和quartus ii，所有数据均通过服务器中转以及储存在服务器上，所以重启自己所用的电脑不会造成数据丢失。
FPGA与CPLD的结构原理FPGA结构原理：FPGA是一种可重构器件，它由大量的可编程逻辑单元（Logic Element，LE）组成，每个LE都包含查找表（Look-Up Table，LUT）、寄存器以及可编程连接资源。
FPGA的结构原理可以分为三个关键组件：查找表、可编程连接资源和I/O资源。
1.查找表：FPGA中的查找表是其最基本的单元，通常由4-6个输入信号和1个或多个输出信号组成。
查找表中包含一个存储器单元和一组可编程拨码开关。
存储器单元中存储了一组真值表，根据输入信号的组合来选择对应的输出信号。
这种基于查找表的逻辑实现既灵活又高效。
2.可编程连接资源：FPGA中的连接资源是一个非常重要的部分，它可以实现片上资源之间的任意连接。
通常，FPGA中的连接资源采用可编程互连点（Programmable Interconnect Point，PIP）的方式实现。
每个PIP可以通过可编程电路来控制是否对其中一对逻辑单元进行连接。
3.I/O资源：FPGA的I/O资源用于与外部世界进行交互。
每个I/O资源通常包含输入/输出引脚、输入/输出缓冲器以及可编程的电平转换电路。
通过对I/O资源的编程，可以根据实际需求来设置引脚的输入/输出电平以及输出驱动能力。
CPLD结构原理：CPLD是一种较小规模的可编程逻辑器件，它通常由若干个宏单元（Macrocell）组成，每个宏单元都包含与FPGA相似的逻辑资源和可编程连接资源。
CPLD的结构原理可以分为三个关键组件：宏单元、可编程连接资源和I/O资源。
1.宏单元：宏单元是CPLD的核心单元，通常由多个查找表、寄存器和触发器组成。
宏单元中的查找表用于实现逻辑功能，寄存器用于存储中间结果或控制信号，触发器用于实现时序逻辑。
一个CPLD可以包含多个宏单元，各个宏单元可以通过可编程连接资源相互连接。
2.可编程连接资源：CPLD中的可编程连接资源通常采用矩阵交叉开关（Crosspoint Switch）的方式实现。
逻辑设计中的FPGA与CPLD技术应用在现代电子行业中，逻辑设计是一个至关重要的环节。
FPGA （Field-Programmable Gate Array）和CPLD（Complex Programmable Logic Device）技术作为两种主要的可编程设备，已经在逻辑设计中广泛应用。
它们具有灵活性、可编程性以及高度集成的特点，使得它们在各种应用领域中扮演着重要的角色。
一、FPGA技术应用FPGA是一种可编程逻辑器件，其内部可通过编程实现各种逻辑功能和数字电路设计。
FPGA通常由可编程逻辑单元（CLB）、输入输出引脚和输入输出模块等部分构成。
其设计过程包含RTL（Register-Transfer Level）描述、综合、布局布线以及配置等环节。
1. 通信与网络领域在通信领域，FPGA被广泛应用于协议转换、调制解调器设计以及网络加速器等方面。
由于FPGA的可编程性，可以根据需要灵活配置不同的协议，实现不同网络之间的无缝对接。
2. 数字信号处理（DSP）领域在数字信号处理领域，FPGA被广泛应用于图像处理、音频处理以及实时数据处理等方面。
由于FPGA具有并行处理的能力，能够同时处理多个数据流，因此在实时性要求较高的应用中表现出色。
3. 汽车电子领域在汽车电子领域，FPGA被广泛应用于汽车控制单元（ECU）和车载娱乐系统等方面。
由于汽车电子应用对可靠性和安全性要求较高，FPGA的可编程性以及自适应性能使其成为理想的选择。
二、CPLD技术应用CPLD是一种更小规模的可编程器件，与FPGA相比，CPLD通常更适用于复杂逻辑功能的实现。
CPLD通常由可编程逻辑阵列（PLA）、输入输出引脚以及输入输出缓冲区组成。
1. 控制系统领域在控制系统领域，CPLD被广泛应用于逻辑控制器的设计。
由于CPLD具有高速、低功耗以及可靠性强的特点，被广泛应用于各类自动化控制系统中。
2. 电源管理系统领域在电源管理系统领域，CPLD被广泛应用于电源管理单元（PMU）的设计。
CPLD(complex programable logic device)复杂可编程逻辑器件FPGA（field programable gate array)现场可编程门阵列FPGA和CPLD的逻辑单元本身的结构与SPLD相似，即与阵列和可配置的输出宏单元组成。
FPGA逻辑单元是小单元，每个单元只有1-2个触发器，其输入变量通常只有几个因而采用查找表结构（PROM形式）这样的工艺结构占用的芯片面积小，速度高（通常只有1-2纳秒），每个芯片上能集成的单元数多，但逻辑单元功能弱。
如果想实现一个较复杂的功能，需要几个这样的单元组合才能完成（总延时是各个单元延时和互连延时的和），互连关系复杂。
CPLD中的逻辑单元是单元，通常其变量数约20-28个。
因为变量多，所以只能采用PAL结构。
由于这样的单元功能强大，一般的逻辑在单元内均可实现，因而其互连关系简单，一般通过集总总线既可实现。
电路的延时通常就是单元本身和集总总线的延时（通常在数纳秒至十几纳秒），但是同样集成规模的芯片中的触发器的数量少得多。
从上面分析可知道：小单元的FPGA较适合数据型系统，这种系统所需要的触发器数多，但是逻辑相对简单；大单元的CPLD较适合逻辑型系统，如控制器等，这种系统逻辑复杂，输入变量多，但触发器需求量相对较少。
反熔丝工艺只能一次性编程，EPROM EEPROM 和FLASH工艺可以反复的编程，但是他们一经编程片内逻辑就被固定。
他们都是只读型（ROM）编程，这类编程不仅可靠性较高还可以加密。
XILINX公司的FPGA芯片采用RAM型编程，相同集成规模的芯片中的触发器数目较多，功耗低，但是掉电后信息不能保存，必须与存储器联用。
每次上电时必须先对芯片配置，然后才能使用，这似乎是RAM型PLD的缺点，但是ROM型PLD中的编程信息在使用时是不能变化的，RAM型PLD却可以在工作时更换内容，实现不同的逻辑。
CPLD和FPGA的结构，性能对照：CPLD FPGA PROM集成规模：小（最大数万门）大（最高达百万门）单元粒度：大（PAL结构）小（PROM结构）互连方式：集总总线分段总线长线专用互连编程工艺：EPROM EEPROM FLASH SRAM编程类型：ROM RAM型须与存储器联用信息：固定可实时重构触发器数：少多单元功能：强弱速度：高低222222222222222222222222222222222222延迟：确定，可以预测不能确定不能预测功耗：高低加密性能：可加密不能加密适用场合：逻辑型系统数据型系统LCA（LOGIC CELL ARRAY）逻辑单元阵列CLB（CONFIGURABLE LOGIC BLOCK）可配置逻辑模块IOB（INPUT OUTOUT BLOCK）输入输出块Spartan-xl系列FPGA的主要特性SPARTAN-XL系列的FPGA具有低压，低功耗的特点。
CPLD/FPGA 结构与原理/advance/structures/lut.htm一.基于乘积项（Product-Term)的PLD结构采用这种结构的PLD芯片有：Altera的MAX7000，MAX3000系列（EEPROM工艺）,Xilinx的XC9500系列（Flash工艺）和Lattice,Cypress的大部分产品（EEPROM工艺）我们先看一下这种PLD的总体结构（以MAX7000为例，其他型号的结构与此都非常相似）：图1 基于乘积项的PLD内部结构这种PLD可分为三块结构：宏单元（Marocell)，可编程连线（PIA)和I/O控制块。
宏单元是PLD的基本结构，由它来实现基本的逻辑功能。
图1中蓝色部分是多个宏单元的集合（因为宏单元较多，没有一一画出）。
可编程连线负责信号传递，连接所有的宏单元。
I/O控制块负责输入输出的电气特性控制，比如可以设定集电极开路输出，摆率控制，三态输出等。
图1 左上的INPUT/GCLK1，INPUT/GCLRn,INPUT/OE1,INPUT/OE2 是全局时钟，清零和输出使能信号，这几个信号有专用连线与PLD中每个宏单元相连，信号到每个宏单元的延时相同并且延时最短。
宏单元的具体结构见下图：图2 宏单元结构左侧是乘积项阵列，实际就是一个与或阵列，每一个交叉点都是一个可编程熔丝，如果导通就是实现“与”逻辑。
后面的乘积项选择矩阵是一个“或”阵列。
两者一起完成组合逻辑。
图右侧是一个可编程D触发器，它的时钟，清零输入都可以编程选择，可以使用专用的全局清零和全局时钟，也可以使用内部逻辑（乘积项阵列）产生的时钟和清零。
如果不需要触发器，也可以将此触发器旁路，信号直接输给PIA或输出到I/O脚。
二.乘积项结构PLD的逻辑实现原理下面我们以一个简单的电路为例,具体说明PLD是如何利用以上结构实现逻辑的，电路如下图：图3假设组合逻辑的输出(AND3的输出)为f，则f=(A+B)*C*(!D)=A*C*!D + B*C*!D ( 我们以!D表示D的“非”）PLD将以下面的方式来实现组合逻辑f:图4A,B,C,D由PLD芯片的管脚输入后进入可编程连线阵列（PIA)，在内部会产生A,A反,B,B反,C,C反,D,D反8个输出。
