可编程逻辑器件的演进与对比分析
可编程逻辑器件的演进与对比分析
目录
- 离散逻辑芯片与早期PLD的限制
- CPLD的诞生与结构特点
- FPGA的架构创新
- CPLD与FPGA的核心差异
- 总结
1. 离散逻辑芯片与早期PLD的限制
在还没有发明出可编程逻辑器件（PLD: Programmable Logic Device）之前，设计师们只能使用一些专用的小芯片来搭建系统，这些小芯片被称为离散逻辑芯片。
这些早期的PLD产品日渐不能满足人们的需求，于是新的可编程逻辑器件诞生了。
2. CPLD的诞生与结构特点
这种新器件的名字叫CPLD，英文全称Complex Programmable Logic Device，翻译成中文即复杂可编程逻辑器件。CPLD可以看成是PLA器件结构的延续。
在CPLD芯片的四周，分布着一系列称为宏单元的逻辑块，而芯片的中间部分则分布着一个连接矩阵，用于在各个逻辑块之间建立连接。
每一个逻辑块的内部结构与PLA非常类似，所以一个CPLD器件也可以被看成集成了若干个PLA和一个可编程连接矩阵的芯片。
3. FPGA的架构创新
FPGA和CPLD并称为高密度可编程逻辑器件，但是，它们有着本质的不同。FPGA芯片的内部架构相对于以往的可编程逻辑器件有着本质的变革，它并没有沿用类似PLA的结构，而是采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，一改以往PLD器件大量使用与门、非门的思路，而是大量使用查找表和寄存器等元素。
4. CPLD与FPGA的核心差异
- ① 结构适用性：CPLD更适合于触发器有限而乘积项丰富的结构
- ② 时序性能：由于布线结构不同，CPLD时序延迟是均匀的和可预测的，而FPGA的时序延迟则具有不可预测性，所以CPLD的速度会比FPGA更快
- ③ 使用便捷性与安全性：CPLD使用起来较方便，因为配置内容掉电不丢失，一般不需要外加配置芯片，所以CPLD保密性好，而FPGA的配置数据流容易被黑客截获，所以保密性差
5. 总结
本文系统梳理了从离散逻辑芯片到PLD、再到CPLD和FPGA的技术演进历程。CPLD作为PLA结构的延续，通过宏单元和连接矩阵实现了复杂逻辑功能；而FPGA则采用革命性的LCA架构，以查找表和寄存器为基础实现了更高的灵活性。两者在结构特点、时序性能和安全性方面存在显著差异：CPLD在确定性时序和安全性方面表现更优，而FPGA则在高密度和灵活性方面更具优势。