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　　【中國集群通信網】FPGA 的含義、配置模式與類型

　　FPGA(Field Programmable Gate Array)是現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程邏輯器件的基礎上進一步發展的產物，是專用集成電路(ASIC)中集成度最高的一種。FPGA采用了邏輯單元陣列LCA(Logic Cell Array)這樣一個新概念，內部包括可配置邏輯模塊CLB(Configurable Logic Block)、輸出輸入模塊IOB(Input Output Block)和內部連線(Interconnect)三個部分。用戶可對FPGA內部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，以實現用戶的邏輯。它還具有靜態可重復編程和動態在系統重構的特性，使得硬件的功能可以像軟件一樣通過編程來修改。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的，不僅解決了定制電路的不足，還克服了原有可編程邏輯器件門電路數有限的缺點。

　　可以毫不夸張地講，FPGA能完成任何數字器件的功能，上至高性能CPU，下至簡單的74電路，都可以用FPGA來實現。FPGA如同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統的原理圖輸入法，或是硬件描述語言自由的設計一個數字系統，通過軟件仿真，可以事先驗證設計的正確性。在PCB完成以后，還可以利用FPGA的在線修改能力，隨時修改設計而不必改動硬件電路。使用FPGA來開發數字電路，可以大大縮短設計時間，減少PCB面積，提高系統的可靠性。

　　目前，FPGA的品種很多，有XILINX的 XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。FPGA是由存放在片內RAM中的程序來設置其工作狀態的，因而工作時需要對片內的RAM進行編程。用戶可以根據不同的配置模式，采用不同的編程方式。FPGA的配置模式有如下幾種。

　　1、并行主模式

　　即一片FPGA加一片EPROM的方式。

　　2、主從模式

　　可以支持一片PROM編程多片FPGA的方式。

　　3、串行模式

　　可以采用串行PROM編程FPGA的方式。

　　4、外設模式

　　可以將FPGA作為微處理器的外設，由微處理器編程FPGA的方式。

　　根據FPGA基本結構的不同，一般有下列三種類型(前兩種應用較多)。

　　1、基于乘積項(Product-Term)技術的FPGA

　　該類FPGA主要由3個模塊組成：一是邏輯單元陣列(Logic Cell Array)，它是FPGA的基本結構，由它來實現基本的邏輯功能;二是可編程連線(PIA)，它負責信號傳送，連接所有的宏單元;三是I/O控制塊，它負責輸入/輸出的電氣特性控制，如可設定集電極開路輸出、擺率控制、三態輸出等。

　　2、基于查找表(Look-Up-Table)技術的FPGA

　　查找表簡稱LUT，這類FPGA是目前的一種主流產品，其本質就是一個RAM。目前，FPGA中多使用4輸入的LUT，每一個LUT可看成一個有4位地址線的16×1的RAM。當用戶通過原理圖或HDL語言描述了一個邏輯電路后，FPGA開發軟件會自動計算邏輯電路的所有可能的結果，并將結果事先寫入RAM。這樣，每輸入一個信號進行邏輯運算，就等于輸入一個地址進行查表，找出地址對應的內容輸出即可。

　　3、基于反熔絲(Anti-fuse)技術的FPGA

　　該類FPGA主要作特殊應用，它不能重復擦寫，因而初期開發過程比較麻煩，費用也較昂貴。可它具有布線能力更強、系統速度更快、功耗更低、耐高低溫、抗輻射能力強、可加密等許多優點，因而多應用于軍事與航空航天等特殊要求的領域。