可编程逻辑器件原理及应用

A. 标题 讨论可编程逻辑器件的原理,搜集市场有哪些主要可编程逻辑器件生产商

可编程逻辑器件英文名字PLD（ProgrammableLogicDevices），可分为简单的PLD和复杂的PLD。简单的PLD分为：PROM、PLA、PAL、GAL；复杂的PLD分为：可编程逻辑器件CPLD和现场可编程逻辑门阵列FPGA。
根据逻辑实现和可编程方式的不同，FPGA分为两类：一，逻辑用查找表来实现，编程通过SRAM方式实现，叫SRAM查找表结构：二，逻辑通过多路开关实现，编程通过熔丝的通断实现，称为多路开关反熔丝结构，或者说是反熔丝的多路开关结构。采用SRAM查找表结构的FPGA厂商有Altera、Xilinx，LatTIce等；Actel和Quicklogic则是采用反熔丝多路开关结构的代表厂商。
当前，FPGA广泛应用于各种终端领域，如消费电子、通信、工业自动化、工业应用、计算机以及汽车电子等。
针对低功耗要求，FPGA采取措施降低动态功耗，提高性能。静态功耗漏泄电流主要因工艺产生，动态功耗P=CV2F，跟电压的平方成正比，跟频率成正比，跟分布电容C成正比，频率的增加会提高功耗。降低功耗的方法是简化系统的发热设计，并简化供电的系统设计。

B. 现场可编程逻辑门阵列 (FPGA) 可应用的领域有哪些

逻辑器件可分为两大类 - 固定逻辑器件和可编程逻辑器件。 一如其名，固定逻辑器件中的电路是永久性的，它们完成一种或一组功能 - 一旦制造完成，就无法改变。 另一方面，可编程逻辑器件（PLD）是能够为客户提供范围广泛的多种逻辑能力、特性、速度和电压特性的标准成品部件 - 而且此类器件可在任何时间改变，从而完成许多种不同的功能。

• 对于固定逻辑器件，根据器件复杂性的不同，从设计、原型到最终生产所需要的时间可从数月至一年多不等。 而且，如果器件工作不合适，或者如果应用要求发生了变化，那么就必须开发全新的设计。 设计和验证固定逻辑的前期工作需要大量的“非重发性工程成本”，或NRE。 NRE表示在固定逻辑器件最终从芯片制造厂制造出来以前客户需要投入的所有成本，这些成本包括工程资源、昂贵的软件设计工具、用来制造芯片不同金属层的昂贵光刻掩模组，以及初始原型器件的生产成本。 这些NRE成本可能从数十万美元至数百万美元。
  

• 可编程逻辑器件的两种主要类型是现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程（PLD）。 在这两类可编程逻辑器件中，FPGA提供了最高的逻辑密度、最丰富的特性和最高的性能。 现在最新的FPGA器件，如Xilinx Virtex系列中的部分器件，可提供八百万"系统门"（相对逻辑密度）。 这些先进的器件还提供诸如内建的硬连线处理器（如IBM Power PC）、大容量存储器、时钟管理系统等特性，并支持多种最新的超快速器件至器件（device-to-device）信号技术。 FPGA被应用于范围广泛的应用中，从数据处理和存储，以及到仪器仪表、电信和数字信号处理等。
  

• 与此相比，PLD提供的逻辑资源少得多 - 最高约1万门。 但是，PLD提供了非常好的可预测性，因此对于关键的控制应用非常理想。 而且如Xilinx CoolRunner系列PLD器件需要的功耗极低
  

C. 什么是可编程器件

可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）是一类半定制的通用性器件，用户可以通过对PLD器件进行编程来实现所需的逻辑功能。与专用集成电路（即ASIC）相比，可编程逻辑器件（即PLD）具有灵活性高、设计周期短、成本低、风险小等优势，因而得到了广泛应用，各项相关技术也迅速发展起来，PLD目前已经成为数字系统设计的重要硬件基础。
目前使用最广泛的可编程逻辑器件有两类：现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，即FPGA）和复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，即CPLD）。

FPGA和CPLD的内部结构稍有不同。通常，FPGA中的寄存器资源比较丰富，适合同步时序电路较多的数字系统；CPLD中组合逻辑资源比较丰富，适合组合电路较多的控制应用。在这两类可编程逻辑器件中，CPLD提供的逻辑资源较少，而FPGA提供了最高的逻辑密度、最丰富的特性和极高的性能，已经在通信、消费电子、医疗、工业和军事等各应用领域当中占据重要地位。因此，本文主要针对FPGA进行阐述。

下面有一个pdf格式的文件，你可以下载或直接打开，里面有更为详细的介绍：

D. FPGA是干什么用的

FPGA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设计不是简单的芯片研究，主要是利用 FPGA 的模式进行其他行业产品的设计。 与 ASIC 不同，FPGA在通信行业的应用比较广泛。

通过对全球FPGA产品市场以及相关供应商的分析，结合当前我国的实际情况以及国内领先的FPGA产品可以发现相关技术在未来的发展方向，对我国科技水平的全面提高具有非常重要的推动作用。

(4)可编程逻辑器件原理及应用扩展阅读：

工作原理

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输入输出模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。

现场可编程门阵列（FPGA）是可编程器件，与传统逻辑电路和门阵列（如PAL，GAL及CPLD器件）相比，FPGA具有不同的结构。

FPGA利用小型查找表（16×1RAM）来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。