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FPGA在MCU领域的“一席之地”将何去何从?

导读: FPGA即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的,它既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA(Field Programmable Gate Array),即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

(1) 技术背景

以硬件描述语言(Verilog或VHDL)所完成的电路设计,可以经过简单的综合与布局,快速的烧录至 FPGA 上进行测试,是现代 IC设计验证的技术主流。

这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面,这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip-flop)或者其他更加完整的记忆块。系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来,就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变,所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。

1984年 Ross Freeman、Bernie Vonderschmitt和Jim Barnett创立了赛灵思(Xilinx)公司,Xilinx 是第一个建立无工厂(fabless)生产模式,除了设计、营销与产品支持以外其他事务均进行外包的半导体公司,Xilinx首创了FPGA这一创新性的技术,并于1985年首次推出商业化产品——XC2064,采用2μm工艺,包含64个逻辑模块和85000个晶体管,门数量不超过1000个。

在MCU领域,FPGA将何去何从

Xilinx创始人Ross Freeman(左图, FPGA的发明人)和Bernie Vonderschmitt(右图)

在MCU领域,FPGA将何去何从

世界第一款FPGA——XC2064实物图

FPGA一般来说比ASIC的速度要慢,实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品,可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。

与FPGA相似的另外一种方法是用CPLD(Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)。CPLD和FPGA包括了一些相对大数量的可编辑逻辑单元。CPLD逻辑门的密度在几千到几万个逻辑单元之间,而FPGA通常是在几万到几百万。CPLD和FPGA的主要区别是他们的系统结构。

CPLD和FPGA在系统结构的比较

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