现场可编程门阵列技术简介

现场可编程门阵列（FPGA）是20世纪80年代中期出现的高密度可编程逻辑器件。与前面所介绍的阵列型可编程逻辑器件不同，FPGA采用类似于掩模编程门阵列的通用结构，其内部由许多独立的可编程逻辑模块组成，用户可以通过编程将这些模块连接成所需要的数字系统。它具有密度高、编程速度快、设计灵活和可再配置等许多优点，因此FPGA自1985年由Xilinx公司首家推出后，便受到普遍欢迎，并得到迅速发展。

FPGA的功能由逻辑结构的配置数据决定。工作时，这些配置数据存放在片内的SRAM或熔丝图上。基于SRAM的FPGA器件，在工作前需要从芯片外部加载配置数据。配置数据可以存储在片外的EPROM、E2 PROM或计算机软、硬盘中。人们可以控制加载过程，在现场修改器件的逻辑功能，即所谓现场编程。

FPGA的基本结构如图7－17所示。它由可编程逻辑模块（CLB）、可编程输入／输出模块（IOB）和可编程互连资源（IR）三部分组成。

图7－17　FPGA的基本结构

1.可编程逻辑模块

可编程逻辑模块（CLB）是实现用户功能的基本单元，它们通常规则地排列成一个阵列散布于整个芯片。可编程逻辑模块（CLB）一般有三种结构形式：查找表结构、多路开关结构和多级与非门结构。它主要由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器和信号变换四部分电路组成。(www.xing528.com)

2.可编程输入／输出模块

可编程输入／输出模块（IOB）主要完成芯片内部逻辑与外部封装脚的接口，它通常排列在芯片的四周；提供器件引脚和内部逻辑阵列的接口电路。每一个IOB控制一个引脚（除电源线和地线引脚外），可将它们定义为输入、输出或者双向传输信号端。

3.可编程互连资源

可编程互连资源（IR）包括各种长度的连线线段和一些可编程连接开关，它们将各个CLB之间或CLB、IOB之间及IOB之间连接起来，构成特定功能的电路。

FPGA芯片内部单个CLB的输入／输出之间、各个CLB之间、CLB和IOB之间的连线由许多金属线段构成，这些金属线段带有可编程开关，通过自动布线实现所需功能的电路连接。连线通路的数量与器件内部阵列的规模有关，阵列规模越大，连线数量越多。

互连线按相对长度分为单线、双线和长线三种。