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FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。 它是作为专用集成电路（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。 　　FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块 IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。FPGA的基本特点主要有： 采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。 　　3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。 　　4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 　　5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。 　　可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。 　　目前FPGA的品种很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。 　　FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。 　　加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失 ，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。 　　FPGA有多种配置模式：并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式；主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA；串行模式可以采用串行PROM编程FPGA；外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程PLD/FPGA 结构与原理初步（二） ? ? 一.查找表（Look-Up-Table)的原理与结构 ? 采用这种结构的PLD芯片我们也可以称之为FPGA：如altera的ACEX,APEX系列,xilinx的Spartan,Virtex系列等。 查找表（Look-Up-Table)简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。 目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的16x1的RAM。 当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，PLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能的结果，并把结果事先写入RAM,这样，每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。 下面是一个4输入与门的例子， 实际逻辑电路 LUT的实现方式 a,b,c,d 输入 逻辑输出 地址 RAM中存储的内容 0000 0 0000 0 0001 0 0001 0 .... 0 ... 0 1111 1 1111 1 ? ? 二.基于查找表（LUT)的FPGA的结构 ? 我们看一看xilinx Spartan-II的内部结构，如下图： xilinx Spartan-II 芯片内部结构 Slices结构 Spartan-II主要包括CLBs，I/O块，RAM块和可编程连线（未表示出）。在spartan-II中，一个CLB包括2个Slices,每个slices包括两个LUT，两个触发器和相关逻辑。 Slices可以看成是SpartanII实现逻辑的最基本结构 (xilinx其他系列，如SpartanXL,Virtex的结构与此稍有不同，具体请参阅数据手册） altera的FLEX/ACEX等芯片的结构如下图： altera FLEX/ACEX 芯片的内部结构 ? 逻辑单元（LE）内部结构 FLEX/ACEX的结构主要包括LAB，I/O块，RAM块（未表示出）和可编程行/列连线。在FLEX/ACEX中，一个LAB包括8个逻辑单元（LE）,每个LE包括一个LUT，一个触发器和相关的相关逻辑。LE是FLEX/ACEX芯片实现逻辑的最基本结构(altera其他系列，如APEX的结构与此基本相同，具体请参阅数据手册） ? 二.查找表结构的FPGA逻辑实现原理 ? 我们还是以这个电路的为例： A,B,C,D由FPGA芯片的管脚输入后进入可编程连线，然后作为地