FPGA入门教程.

### FPGA入门教程知识点详解 #### 1. FPGA与CPLD基本概念 - **定义**： - **CPLD**（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件）是一种可编程逻辑器件，用于实现复杂的数字逻辑功能。 - **FPGA**（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种集成度更高、灵活性更强的可编程逻辑器件，主要用于实现复杂的数字信号处理任务。 - **功能相似性**：虽然两者在内部实现上有细微差别，但功能上非常接近，因此对于初学者来说，可以将它们统称为可编程逻辑器件（PLD）。 - **结构差异**：FPGA和CPLD的主要区别在于内部结构的不同。FPGA基于查找表（LUTs）和可配置连线资源，而CPLD则主要基于与-或逻辑阵列。 #### 2. 可编程逻辑器件（PLD）简介 - **定义**：PLD是一种专用集成电路（ASIC），内部包含大量的门电路，可通过软件编程来改变这些门电路之间的连接关系，从而实现不同的功能。 - **特点**： - **灵活性**：可以通过软件重新配置门电路的连接，实现多种功能。 - **与单片机对比**：在时序和延迟方面不如单片机，但在芯片容量、组合逻辑、工作速度、编程难度以及擦写次数上（特别是FPGA）远优于单片机。 - **应用广泛**：PLD能够实现从高性能CPU到简单的74电路等各种数字器件的功能。 - **设计优势**： - **设计效率**：通过使用PLD，工程师可以快速设计并验证数字系统，显著缩短设计周期。 - **灵活性**：PLD支持在线修改设计，无需更改硬件电路。 - **可靠性提升**：减少了PCB面积，提高了系统的可靠性。 #### 3. PLD的发展历程 - **早期阶段**：包括可编程只读存储器（PROM）、紫外线可擦除只读存储器（EPROM）和电可擦除只读存储器（EEPROM）。这些器件只能完成简单的数字逻辑功能。 - **中期阶段**：可编程逻辑器件（PLD）如PAL（可编程阵列逻辑）和GAL（通用阵列逻辑）等的出现，使数字逻辑功能更加多样化。 - **PAL**：由一个可编程的“与”平面和一个固定的“或”平面构成，可以实现寄存状态。 - **GAL**：采用EEPROM工艺，实现了电可擦除、电可改写，输出结构是可编程的逻辑宏单元。 - **现代阶段**：FPGA和CPLD成为主流，提供了更高的集成度和灵活性。FPGA特别适用于需要频繁更改设计的应用场景。 #### 4. 总结 可编程逻辑器件（PLD），尤其是FPGA和CPLD，在电子设计领域发挥着重要作用。它们不仅能够实现从简单到复杂的数字逻辑功能，还能提供高度的设计灵活性和快速的开发周期。对于初学者而言，掌握FPGA/CPLD的基础概念和技术是非常重要的，这有助于在未来的项目中有效地运用这些技术。通过深入了解PLD的发展历程及其在现代电子设计中的应用，可以帮助工程师更好地利用这些强大的工具来实现创新的设计方案。