CPLD 与 FPGA 的区别

FPGA 和 CPLD 器件的创建目的是为了获得 ASIC（专用集成电路） 器件的电路密度和速度，但可编程器件的周转时间更短。FPGA 和 CPLD 的主要区别在于 FPGA 拥有比 CPLD 更多的逻辑资源，而 CPLD 更简单且互连更少。在区分 FPGA 和 CPLD 时，主要考虑两个因素。第一是它们的架构以及它们如何实现各种逻辑功能。第二是硬件中使用的特定半导体技术。

在本文中，您将了解 CPLD 和 FPGA 之间的区别。但在讨论差异之前，您必须了解 CPLD 和 FPGA 的优缺点。

什么是 CPLD？

CPLD 是 “复杂可编程逻辑器件”（Complex Programmable Logic Devices） 的缩写。它是一种有助于执行数字系统的集成电路。CPLD 由可编程功能块组成，每个块包含 宏单元（macrocells）。宏单元是 CPLD 的主要构建块。功能块的 I/O 通过 全局互连矩阵（Global Interconnection Matrix - GIM） 连接。此互连矩阵是可重构的，因为不可能更改功能块之间的触点。这些功能块等同于一组逻辑门。

在设计 CPLD 时，重要的是要考虑编程技术、I/O 能力和功能块能力。总的来说，CPLD 是非易失性的、易于使用的，并且成本低廉。

CPLD 有各种 IC 封装类型和逻辑系列。CPLD 的供电电压、待机电流、工作电流和功耗也不同。此外，它们还提供不同的内存容量和内存支持选项。内存通常以比特或兆比特为单位，内存支持包含 ROM、RAM 和 双端口 RAM。它还包括 FIFO（先进先出） 和 LIFO（后进先出） 内存，以及 CAM（内容寻址内存）。

CPLD 的组成部分

CPLD 有各种组成部分。CPLD 的一些主要组成部分如下：

1. 功能块
   在 CPLD 中，功能块有一个 AND 阵列，可以接受来自 I/O 块、功能块，甚至来自同一功能块响应的输入。然后，这些项被加到 OR 阵列并由一个大复用器选择。MUX 的输出可以直接从块中输出，也可以通过一个时钟触发的触发器输出。此功能块还可能包含其他逻辑，例如可选的异或门、主复位信号以及在多个阶段编程极性的选项。
2. 输入/输出块
   输入/输出块用于以正确的电压和电流水平向 CPLD 引脚发送信号。它允许消除延迟，降低器件的保持时间要求，并为器件增加额外资源。
3. 互连
   CPLD 的互连是一个大型可编程开关矩阵，用于将信号从器件的一个部分传输到另一个部分。
4. 可编程组件
   它还使用 PROM、EPROM、EEPROM 和闪存 EPROM 等可编程组件。

CPLD 的优点和缺点

CPLD 有各种优点和缺点。CPLD 的一些主要优点和缺点如下：

优点

1. 设计简单。
2. 开发成本低。
3. 有助于减小电路板面积。
4. 提供高可靠性。

缺点

1. 它是一种更复杂的可编程逻辑器件。

什么是 FPGA？

FPGA 是 “现场可编程门阵列”（Field Programmable Gate Arrays） 的缩写。它是一种由可配置逻辑块组成的矩阵构成的半导体器件，通过可编程互连连接在一起。生产后，FPGA 可以根据需要进行重新编程。当前的 FPGA 大约有 330,000 个逻辑块和 1100 个 I/O。

用户可以使用 硬件描述语言（HDL） 来设计和配置电路。然后，它可以实现一个简单的门，如 AND 门，或一个复杂的系统，如多核处理器。它将所有配置保存在主内存中。因此，断电可能会删除所有这些配置。

FPGA 的组成部分

FPGA 有各种组成部分。FPGA 的一些主要组成部分如下：

1. 可编程逻辑块
   它支持逻辑功能的实现。
2. 可编程路由
   它支持功能实现。
3. I/O 块
   它用于建立芯片连接。

FPGA 的优点和缺点

FPGA 有各种优点和缺点。FPGA 的一些主要优点和缺点如下：

优点

1. FPGA IC 广泛可用，并且可以使用 HDL 代码快速编程。因此，解决方案可以更快地推向市场。
2. 在 FPGA 设计中，软件处理路由、布局和时序。它需要更少的人工干预。设计流程消除了耗时且复杂的布局和布线器、规划和时序分析。
3. FPGA 能够以逻辑级别进行编程。因此，它可以实现更快、更并行的信号处理。CPU 难以执行。
4. 与涉及大量 NRE（非经常性费用） 和昂贵工具的 ASIC 开发不同，FPGA 开发由于工具成本较低且无 NRE 而成本更低。
5. FPGA 可以在任何时候在软件级别进行编程。因此，FPGA IC 可以无限次地重新编程或重复使用。FPGA 也可以远程编程。

缺点

1. 功耗较高，程序员对 FPGA 的功耗优化控制力较小。
2. FPGA 非常适合原型制作和低批量生产。当要生产的 FPGA 数量增加时，每个产品的成本也会增加。
3. FPGA 编程需要熟悉 VHDL/Verilog 编程语言以及数字系统基础知识。其编程不如基于处理器的设备那样直接。工程师还必须学习如何使用仿真工具。
4. 一旦选择并使用了 FPGA，开发人员就必须使用 FPGA IC 上的现有资源，这会限制设计的大小和功能。必须从一开始就选择合适的 FPGA 来避免此类问题。

CPLD 和 FPGA 之间的主要区别

CPLD 和 FPGA 之间有许多关键区别。CPLD 和 FPGA 之间的一些关键区别如下：

1. CPLD 是复杂可编程逻辑器件的缩写。而 FPGA 是现场可编程门阵列的缩写。
2. CPLD 是一种有助于执行数字系统的集成电路。而 FPGA 是一种主要为客户或开发人员在制造后进行定制而创建的集成电路。
3. FPGA 可包含多达 100,000 个小型逻辑块。而 CPLD 仅能存储几千个逻辑块。
4. FPGA 适用于复杂的应用。而 CPLD 更适合简单的应用。
5. FPGA 的功耗较大。而 CPLD 的功耗较低。
6. 在性能方面，FPGA 提供独立于内部路由的稳定性能。而 CPLD 的性能不可预测，取决于路由。
7. CPLD 相当于 PAL。另一方面，FPGA 类似于 门阵列。
8. FPGA 是一种基于 RAM 的数字逻辑芯片。而 CPLD 是 基于 EEPROM 的。
9. FPGA 被归类为细粒度。而 CPLD 是粗粒度。
10. CPLD 由于具有非易失性存储器，因此比 FPGA 提供更多的保护。
11. CPLD 中的延迟比 FPGA 中的延迟可预测得多。

CPLD 和 FPGA 的对比比较

在这里，您将学习 CPLD 和 FPGA 之间的对比比较。CPLD 和 FPGA 的主要区别如下：

结论

FPGA 提供更大的复杂性、灵活性以及片上 RAM、时钟管理、DSP 操作、乘法器等功能。另一方面，CPLD 的功耗低于 FPGA，并且 FPGA 器件更常用于需要频繁更改设计的场合。相比之下，CPLD 器件用于需要简单粘合逻辑以及需要即时启动电路的应用，因为 FPGA 由于需要从外部 ROM 加载配置，因此初始速度较慢。