认清CPLD和FPGA
可编程逻辑器件CPLD和FPGA的特点和应用
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。
CPLD与FPGA的区别与优缺点
4、 应 用 范 围 的 不 同
系统；
CPLD 逻 辑 能 力 强 而 寄 存 器 少 ， 适 用 于 控 制 密 集 型
系统。
FPGA 逻 辑 能 力 较 弱 但 寄 存 器 多 ， 适 于 数 据 密 集 型
CPLD 和 FPGA 的 优 点 ： 1.规 模 越 来 越 大 ， 实 现 功 能 越 来 越 强 ， 同 时 可 以 实 现 系 统 集 成 。 2.研 制 开 发 费 用 低 ， 不 承 担 投 片 风 险 ， 使 用 方 便 。 3.通 过 开 发 工 具 在 计 算 机 上 完 成 设 计 ， 电 路 设 计 周 期 短 。 4.不 需 要 设 计 人 员 了 解 很 深 的 IC 知 识 ， EDA 软 件 易 学 易 用 。 5.通 过 FPGA 和 CPLD 开 发 的 系 统 成 熟 后 ， 可 以 进 行 ASIC 设 计 ， 形成批量生产。
CPLD 和 FPGA 的区别与优缺点
FPGA（Field Programmable Gates Array 现场可编程门阵列，内部结构为门 阵列构成静态存储器（SRAM）。该 SRAM 可构成函数发生器，即查找表，通 过查找表可实现逻辑函数功能）
CPLD（ Complex Programmable Logic Device 复 杂 可 编 程逻辑器件，内部结构为“与或阵列”。该结构来自于典型的 PAL、 GAL 器 件 的 结 构 。 任 意 一 个 组 合 逻 辑 都 可 以 用 “ 与 — 或 ” 表 达 式 来 描 述 ，所 以 该 “ 与 或 阵 列 ” 结 构 能 实 现 大 量 的 组 合 逻 辑 功能）
结构
FPGA 器件在结构上 ,由逻辑功能块排列为阵列 ,并由可编程的内部连线连接这些功能块来 实现一定的逻辑功能 CPLD 是将多个可编程阵列逻辑 (PAL)器件集成到一个芯片 ,具有类似 PAL 的结构。一般 情况下 CPLD 器件中至少包含三种结构 :可编程逻辑功能块 (FB);可编程 I/ O 单元 ;可编程
CPLD与FPGA的区别
CPLD/FPGA的区别CPLD和FPGA是20世纪80年代中后期出现的，Altera公司和Xilinx公司分别推出了类似于PAL结构的扩展型CPLD(Complex Programmable Logic Device)和与标准阵列类似的FPGA(Field Programmable Gate Array)，它们都具有体系结构、逻辑单元灵活、集成度高、适用范围宽、用户可编程等特点。
利用CPLD/FPGA芯片，电子系统设计工程师可以在实验室中设计出专用IC，实现系统的集成，从而大大缩短了产品开发上市的时间、降低了开发成本。
此外，CPLD/FPGA还具有静态可重复编程或在线动态重构特性，使硬件的功能可像软件一样通过编程来修改，不仅使设计修改和产品升级变得十分方便，而且极大地提高了电子系统的灵活性和通用能力。
CPLD和FPGA都是可编程的，二者有许多相似的地方，但二者也有显著的本质区别，二者之间的区别主要在于：（1）CPLD更适合完成各种算法和组合逻辑，FPGA更适合于完成时序逻辑，例如触发器多的电路结构适合使用FPGA，而CPLD适用于触发器少而乘积项多的电路结构；（2）CPLD的内部组成结构决定了它的时序延迟是均匀和可预测的，而FPGA的组成结构决定了它的延迟是不可预测的；（3）在编程上FPGA比CPLD更具有灵活性,CPLD通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程，而FPGA主要通过改变内部连线的布线来编程;（4）CPLD比FPGA使用起来更方便。
CPLD的编程采用EEPROM或FLASH 技术，掉电可以保存数据和程序,所以无需另外的外部存储器芯片来存放程序和数据，使用起来简单；而FPGA内部使用的是SDRAM，掉电后会丢失编程信息，所以需要外部存储器，使用方法复杂；（5）在编程次数上，CPLD使用EEPROM或FLASH，编程次数可达1万次左右，而FPGA使用SDRAM编程，所以其编程次数为无限次；CPLD的优点是系统掉电编程信息不丢失；（6）CPLD保密性好、FPGA保密性差；（7）一般CPLD的功耗比FPGA要高，集成度越高越明显。
一文带你了解CPLD、FPGA、DSP之间的区别与联系
一文带你了解CPLD、FPGA、DSP之间的区别与联系ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。
ARM也是单片机。
ARM 架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器，基本是32位单片机的行业标准，它提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案，四个功能模块可供生产厂商根据不同用户的要求来配置生产。
由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行。
目前ARM在手持设备市场占有90以上的份额，可以有效地缩短应用程序开发与测试的时间，也降低了研发费用。
DSP（digital singnal processor）是一种独特的微处理器，有自己的完整指令系统，是以数字信号来处理大量信息的器件。
一个数字信号处理器在一块不大的芯片内包括有控制单元、运算单元、各种寄存器以及一定数量的存储单元等等，在其外围还可以连接若干存储器，并可以与一定数量的外部设备互相通信，有软、硬件的全面功能，本身就是一个微型计算机。
DSP采用的是哈佛设计，即数据总线和地址总线分开，使程序和数据分别存储在两个分开的空间，允许取指令和执行指令完全重叠。
也就是说在执行上一条指令的同时就可取出下一条指令，并进行译码，这大大的提高了微处理器的速度。
另外还允许在程序空间和数据空间之间进行传输，因为增加了器件的灵活性。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
由于它运算能力很强，速度很快，体积很小，而且采用软件编程具有高度的灵活性，因此为从事各种复杂的应用。
请说明cpld和fpga的可编程原理
请说明cpld和fpga的可编程原理CPLD（Complex Programmable Logic Device）和FPGA（Field-Programmable Gate Array）是两种可编程逻辑器件，它们都可以通过编程来实现特定的逻辑功能。
下面是它们的可编程原理的说明：CPLD的可编程原理：1. CPLD由一系列可编程逻辑单元（PLU）组成，每个PLU可以执行逻辑运算和存储数据。
2. CPLD中还包含了一些可编程的片内连接资源，用于将不同PLU之间以及PLU 与外部引脚之间的信号连接起来。
3. 在对CPLD进行编程时，用户可以通过使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）描述所需的逻辑功能，并将这些描述转化为CPLD可识别的位文件。
4. 将编程完成的位文件加载到CPLD中后，CPLD会根据其中的逻辑描述配置PLU的功能，以及完成内部和外部信号的连接，从而实现所需的逻辑功能。
FPGA的可编程原理：1. FPGA由大量的可编程逻辑元件（LE）和可编程互连资源（IC）组成，LE是FPGA中最基本的逻辑单元，而IC是用于连接LE的片内资源。
2. FPGA中的LE可以通过编程来实现各种逻辑运算和存储数据的功能。
3. IC提供了灵活的直接互连结构，可以将不同的LE以及LE与外部引脚之间的信号互连起来，从而形成所需的逻辑功能。
4. 在对FPGA进行编程时，用户同样可以使用硬件描述语言来描述逻辑功能，并将其转化为可以被FPGA识别的位文件。
5. 加载位文件后，FPGA会根据其中的逻辑描述初始化LE的功能以及互连资源的连接方式，从而实现所需的逻辑功能。
总的来说，CPLD和FPGA都是可编程的逻辑器件，其可编程原理都是通过将逻辑描述转化为相应的位文件，再将位文件加载到器件中，通过配置器或控制逻辑来执行相应的功能。
区别在于CPLD主要由可编程逻辑单元组成，适用于实现较小规模的逻辑功能，而FPGA则由大量的可编程逻辑元件和互连资源组成，适用于实现较复杂的逻辑功能。
CPLD及FPGA介绍
深圳双恩科技有限公司产品使用说明书一、FPGA/PLD的基本概念：PLD是可编程逻辑器件（Programable Logic Device）的简称，FPGA是现场可编程门阵列（Field Programable Gate Array)的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，所以我们有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件或PLD/FPGA。
PLD是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的影响丝毫不亚于70年代单片机的发明和使用。
单片机在时序和延迟方面优于FPGA/PLD，但在速度、芯片容量和数字逻辑方面不及FPGA/PLD。
PLD能做什么呢？可以毫不夸张的讲，PLD能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用PLD来实现。
PLD如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。
通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。
在PCB完成以后，还可以利用PLD的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。
使用PLD来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。
PLD的这些优点使得PLD技术在90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言（HDL)的进步。
1如何使用PLD呢？其实PLD的使用很简单，学习PLD比学习单片机要简单的多，有数字电路基础，会使用计算机，就可以进行PLD的开发。
开发PLD需要了解两个部分：1.PLD开发软件 2.PLD本身1.PLD开发软件由于PLD软件已经发展的相当完善，用户甚至可以不用详细了解PLD的内部结构，也可以用自己熟悉的方法：如原理图输入或HDL语言来完成相当优秀的PLD设计。
所以对初学者，首先应了解PLD开发软件和开发流程。
了解PLD的内部结构，将有助于提高我们设计的效率和可靠性。
如何获得PLD开发软件软件呢? 许多PLD公司都提供免费试用版或演示版(当然商业版大都是收费的)，例如：可以免费从/上下载Altera公司的 Maxplus2 （Baseline版或E+MAX版），或向其代理商索取这套软件。
FPGA与CPLD 总结
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和FPGA内部结构和原理
CPLD和FPGA内部结构和原理1.CPLD的内部结构和原理：CPLD中的主要组件是可编程逻辑单元（PLU），每个PLU中包含了多个可编程逻辑阵列（PLA），以及用于配置逻辑功能的多个存储器单元。
每个PLA都包含了输入寄存器、多个AND门和一个OR门。
当CPLD需要实现一些逻辑功能时，相关的逻辑门将被编程为特定的功能，并在PLU中通过可编程互连的方式连接起来。
此外，CPLD通常还包含时钟管理单元、输入/输出单元和可编程的信号延迟单元。
CPLD的工作原理如下：1) 配置：在设计过程中，使用者将所需逻辑功能转换为硬件描述语言（如VHDL或Verilog），然后通过设计工具将其编译为CPLD可接受的配置文件。
配置文件将存储在CPLD的非易失性存储器中（通常是闪存或EEPROM）。
2)启动：当CPLD上电时，其中的配置文件会被加载到可编程逻辑单元中，使CPLD实现所需的逻辑功能。
3)运行：一旦CPLD成功配置，它将按照配置文件中定义的逻辑功能来处理输入信号，并在输出端口提供相应的输出信号。
CPLD还可以通过重配置来支持动态更新设计，以满足不同的应用需求。
2.FPGA的内部结构和原理：FPGA由海量的可编程逻辑单元和可编程互连网络组成。
可编程逻辑单元由可编程逻辑阵列（Look-Up Table，LUT）和触发器组成，用于实现具体的逻辑功能。
可编程互连网络通过配置跨可编程逻辑单元的信号路径实现不同模块之间的连接。
FPGA的工作原理如下：1)配置：同样，设计者使用硬件描述语言编写逻辑功能描述，并通过设计工具将其编译为FPGA可接受的配置文件。
配置文件存储在FPGA的非易失性存储器中。
2)启动：当FPGA上电时，配置文件会被加载到FPGA的可编程逻辑单元和可编程互连网络中，以实现所需的逻辑功能。
3)运行：一旦FPGA成功配置，它将按照配置文件中定义的逻辑功能来处理输入信号，并在输出端口提供相应的输出信号。
FPGA还可以支持动态重配置，即在运行时重新配置FPGA以改变逻辑功能。
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认清CPLD和FPGA
CPLD和FPGA都是我们经常会用到的器件。
有的说有配置芯片的是FPGA，没有的是CPLD;有的说逻辑资源多的是FPGA，少的是CPLD;有的直接就不做区分，把他们都叫做FPGA。
那么两者到底有什么区别呢?下面我们就以Altera公司的CPLD和FPGA为例来说说两者的区别。
首先我们看一下CPLD的芯片结构，搞清楚CPLD是由哪几部分组成的。
下图是MAX 系列CPLD的芯片结构图：
从图中可以清楚的看出来CPLD主要由三部分组成：Macro cell(宏单元)，PIA(可编程连线)，和IO Control Block(IO控制块)。
每个宏单元都与GCLK(全局时钟)OE(输出使
能)GCLR(清零)等控制信号直接相连，并且延时相同。
各宏单元之间也由固定长度的金属线互连，这样保证逻辑电路的延时固定。
其中宏单元模块是CPLD的逻辑功能实现单元，是器件的基本单元，我们设计的逻辑电路就是由宏单元具体实现的。
下面我们再来看看宏单元的具体结构：
一个宏单元主要包括了LAB Local Array(逻辑阵列)，Product-Term Select Matrix(乘积项选择矩阵)和一个可编程D触发器组成。
其中逻辑阵列的每一个交叉点都可以通过编程实现导通从而实现与逻辑，乘积项选择矩阵可实现或逻辑。
这两部分协同工作，就可以实现一个完整的组合逻辑。
输出可以选择通过D触发器，也可以对触发器进行旁路。
通过这个结构可以发现，CPLD非常适合实现组合逻辑，再配合后面的触发器也能够实现一定的时序逻辑。
我们再来以cyclone系列为例看看FPGA的内部结构：
FPGA内部主要就是由LAB单元，连线和IO单元组成。
一个LAB单元又包含若干个LE 模块。
LE模块是Cyclone FPGA的基本逻辑单元，下图是LE模块的具体结构：
初看上去好像比较复杂，其实最主要的部分就是LUT查找表模块，以及后面的D触发器。
其他都是一些清零进位旁路等等控制信号逻辑。
也就是说查找表是FPGA最根本的逻辑单元。
Cyclone FPGA使用的是4输入LUT查找表。
我们设计的逻辑电路最终都是通过EDA 工具把所有可能的结果计算出来然后储存在查找表里面。
每次根据输入信号查找对应的结果，然后输出就可以了。
也就是说FPGA的工作更像是一个RAM，根据不同的输入信号(地址)输出相应的数据。
通过上面的结构图比较我们就可以清楚的看出来CPLD是由实实在在的组合电路组成的，而FPGA说到底就是一个巨大的查找表!也正是这个根本的差异造成了CPLD和FPGA各方面的不同。
除了Altera以外，主要的CPLD和FPGA生产厂商还有Xilinx，Actel，Lattice 以及Atmel等。
各家公司的产品各有特点，在架构上会略有区别，但基本原理都是相同的。
下面我们整理一下CPLD和FPGA的主要区别：
1) CPLD的逻辑阵列更适合可重复编程的EEPROM或Flash技术来实现。
而FPGA显然是利用SRAM技术更合适。
2) 由于是EEPROM或者Flash工艺决定了CPLD是有一定的擦写次数限制的。
而FPGA 在实际使用中几乎可以说是无配置次数限制。
3) CPLD由于采用的是EEPROM或者Flash工艺所以配置掉电后不丢失，也就不需要外挂配置芯片。
而FPGA采用的是SRAM工艺，配置在掉电后就没有了，因此需要一个外部配置芯片。
4) CPLD的安全性更高。
由于配置芯片的存在，FPGA的保密性就会比CPLD略差。
逻辑数据有可能被读取。
(当然FPGA芯片会有一定的加密措施)
5) CPLD由于不需要上电重新配置，所以上电后可以马上工作。
而FPGA上电后需要配置时间，逻辑量的大小配置方式的区别也会影响配置时间的长短。
6) 由于CPLD的连续式布线结构，决定了它的时序延时是均匀和固定的。
而FPGA采用的分段式布线结构造成了延时不固定。
7) 由于工艺难度的差异，CPLD一般集成度较低，大多为几千门或几万门的芯片规模，做到几十万门已经很困难。
而FPGA基于SRAM工艺，集成度更高，可以轻松做到几十万门甚至几百万门的芯片规模，最新的FPGA产品已经接近千万门的规模。
8) 同样由于结构的差异，CPLD更适合完成的是复杂的组合逻辑，如编、译码的工作。
而FPGA更适合做复杂的时序逻辑。
换句话说就是FPGA更适合触发器丰富的逻辑结构，CPLD 适合于触发器有限但是乘积项丰富的逻辑结构。
9) 也是由于工艺的原因，一般CPLD会比FPGA的功耗高。
当然以上只是CPLD和FPGA通常意义上的区别，技术是在不断发展中的，这些差异也不能一概而论。
随着技术的发展，CPLD和FPGA也在不断的更新当中。
Altera在Stratix III 系列FPGA以后的产品中调整了LE的结构，如下图：
从原来的一个4输入查找表加D触发器变成了两个6输入查找表加两个D触发器。
再进一步细化查找表的结构图如下：
一个6输入查找表又可以细分为一个4输入查找表和两个3输入查找表。
无论结构怎么变，只是出于对资源优化利用考虑的改变，基本的LUT查找表方式没有变。
但是新出的MAX II系列和MAX V 系列CPLD则从根本上模糊了CPLD和FPGA的区别。
通过阅读芯片手册我们可以发现，两个系列的CPLD虽然名字没有变，但是架构已经完全是与FPGA相同的系统架构了，最小单元也变成了LUT查找表，宏单元已经消失不见了。
也许和CPLD还能搭上关系的就是两个系列把配置电路集成到了芯片当中，在实际使用中和原有的CPLD保持了相同的使用习惯。
可以说两个系列的产品已经是披着CPLD外衣的FPGA了。
从技术的延续性上来看，可编程器件技术大致经历了PROM-PLA-PAL-GAL-EPLD-CPLD 和FPGA的发展过程，CPLD和FPGA是两个不同的发展分支。
生产厂商似乎在模糊CPLD 和FPGA之间的区别。
也许以后只剩下名字的区别，两者会统一成一类器件，或者又会出现
更新的技术作为替代。
无论技术如何演进，作为工程师而言，我们要做的就是去把握每种器件的原理，优缺点和适用场景，然后在实际的项目中正确选择，灵活使用。