CPLD与FPGA器件

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1. CPLD和FPGA的区别
      PLD （Programmable Logic Devices）:可编程逻辑器件；
      CPLD （Complex Programmable Logic Device）:复杂可编程逻辑器件；
      FPGA （Field Programmable Gate Array）:现场可编程门阵列。
      主流公司:ALTERA（阿特喇）\Xilinx（西林克司）\Lattice（莱迪思）等公司。
主要区别：
1）结构上不同
    CPLD器件：采用EEPROM工艺的可编程逻辑器件；结构主要由逻辑阵列块（LAB）、
              扩展乘积项、可编程输入/输出单元和可编程连线组成。
    FPGA器件：采用基于SRAM的查找表（LUT）逻辑结构形式的可编程逻辑器件；
              逻辑结构主要由可编程逻辑宏单元、可编程输入/输出单元和可编程
              连线组成。
2）集成度不同（寄存逻辑门CPLD少、 FPGA多）
3）应用范围不同（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，适于数据密集型系统。）
4）使用方法不同（CPLD器件构造的系统，不用配置器件；
                   FPGD器件构造的系统，需用配置器件。）

2. 常用CPLD和FPGA标识的含义
1）CPLD/FPGA 标识
   CPLD/FPGA 产品上的标识大概可分为以下几类：
   （1）用于说明生产厂家的，如：ALTERA，Lattice，Xilinx是其公司名称。
   （2）注册商标，如：MAX是为ALTERA公司其CPLD产品MAX系列注册的商标。
   （3）产品型号，如EPM7128SLC84-15，是ALTERA公司的一种CPLD型号。
   （4）产品序列号，是说明产品生产过程中的编号，是产品身份的标志。
   （5）产地与其它说明，如：made in China（中国制造）。

2）CPLD/FPGA 产品型号标识组成
   CPLD/FPGA 产品型号标识通常由以下几部分组成：
  （1）产品系列代码：如ALTERA公司的FLEX器件系列代码为EPF。
  （2）品种代码：如ALTERA公司的FLEX10K，10K即是其品种代码。
  （3）特征代码：也即集成度，CPLD产品一般以逻辑宏单元数描述，而FPGA一般以有效逻辑门
       来描述。如ALTERA公司的EPF10K10中后一个10，代表典型产品集成度是10K。
  （4）封装代码：如ALTERA公司的EPM7128SLC84中的LC，表示采用PLCC封装（塑料方形扁平封
       装），Xilinx公司用PC描述,Lattice公司用J来描述。
  （5）参数说明：如ALTERA公司的EPM7128SLC84中的LC84-15，84代表有84个引脚，15代表速
       度等级为15ns。但有的产品直接用系统频率来表示速度，如ispLSI1016-60，60代表最
       大频率60MHz。
  （6）改进型描述：一般产品设计都在后续进行改进设计，改进设计型号一般在原型号后用字
       母表示，如有些A、B、C等按先后顺序编号，有些有特定的含义，如D表示低成本型、
        E表示增强型、L表示低功耗型、H表示高引脚型、X表示扩展型等。
  （7）适用的环境等级描述：一般在型号最后以字母描述，C表示商用级（0℃至85 ℃ ），
       I表示工业级（-40 ℃至100 ℃ ），M（表示军工级（-55 ℃至125 ℃ ）。

3. CPLD和FPGA 的编程下载与配置
1）JTAG边界测试技术
   IEEE 1149.1-1990规范中定义了5个引脚用于JTAG边界扫描测试(Board Scan Test,BST) ：
   TCK（Test Clock Input）：测试时钟输入引脚，作为BST信号的时钟信号。
   TDI（Test Data Input）：测试信号输入引脚，测试指令和测试数据在TCK上升沿到来时输入BST。   TDO（Test Data Output ）：测试信号输出引脚，测试指令和测试数据在TCK下降沿到来时从BST输出。   TMS（Test Mode Select）：测试模式选择引脚，控制信号由此输入，负责TAP控制器的转换。   TRST（Test Reset Input）：测试复位输入引脚，可选，在低电平时有效。

2） CPLD和FPGA 的下载接口
     ALTERA的ByteBlaster接口是一个10芯的混合接口，有PS和JTAG二种模式，都是串行接口。
3. CPLD和FPGA 的编程下载与配置

3）FPGA 的配置
      CPLD的编程主要要考虑编程下载接口及其连接，而FPGA 的配置除了考虑编程下载接口及其连接外，还要考虑配置器件问题。（现在的FPGA都支持JTAG配置 ）
常见配置方法：
（1）用OTP配置器件配置，只适用于工业化大生产。
（2）使用具备ISP功能的专用芯片配置，编程次数有限，成本较高，只适合科研等场合。
（3）使用AS模式可多次编程的专用芯片，可无限次编程，但品种有限。
（4）使用单片机配置，可用配置模式多，配置灵活，同时可解决设计的保密与可升级问题，但容量有限，可靠性不高。适用于科研等可靠性要求不高的场合。
（5）使用ASIC芯片配置，是目前较好的一种选择。  




4. FPGA和CPLD的开发应用选择

1）开发应用选择方法
对于一个开发项目，究竟是选择FPGA还是选择CPLD 呢? 主要看开发项目本身的需要。对于普通规模，且产量不是很大的产品项目，通常使用CPLD比较好。对于大规模的逻辑设计、ASIC设计，或单片系统设计，则多采用FPGA。另外，FPGA掉电后将丢失原有的逻辑信息，所以在实用中需要为FPGA芯片配置一个专用ROM。
（1）开发项目需要的逻辑规模 ：CPLD器件的规模在10万门级以下，而FPGA器件的规模已达1000万门级，两者差异巨大。10万门级以上，不用考虑，只有选择FPGA器件；在万门以下，CPLD器件是首选，因为它不需配置器件，应用方便，成本低，结构简单，可靠性高；在上万门级，CPLD器件和FPGA器件逻辑规模都可用的情况下，需要考虑其他因数，在CPLD器件和FPGA器件之间作出权衡，如速度、加密、芯片利用率、价格等。
（2）开发项目的速度要求：设计要求的速度要低于其最高工作速度，尤其是Xilinx公司的FPGA器件，由于其采用统计型互连结构，时延不确定性，设计要求的速度要低于其最高工作速度的三分之二。
（3）功耗：一般来说，要选用低功耗、低电压的产品。
（4）可靠性：可靠性是产品最关键的特性之一，结构简单，质量水平高，可靠性就高。CPLD器件构造的系统，不用配置器件，具有较高的可靠性；质量等级高的产品，具有较高的可靠性；环境等级高的型号产品，如军用（M级）产品具有较高的可靠性。
（5）价格：要尽量选用价格低廉，易于购得的产品。
（6）开发环境和开发人员熟悉程度：应选择开发软件成熟，界面良好，开发人员熟悉的产品；如厂家、封装等。


2）几种典型产品型号
（1）ALTERA公司的CPLD产品和FPGA产品
ALTERA公司的产品一般以EP开头，代表可重复编程。
①ALTERA公司的MAX系列CPLD产品，系列代码为EPM，典型产品型号含义如下：
EPM7128SLC84-15：MAX7000S系列CPLD，逻辑宏单元数128，采用PLCC封装，84个引脚，引脚间延时为15ns。

②ALTERA公司的FPGA产品系列代码为EP或EPF，典型产品型号含义如下：
EPF10K10：FLEX10K系列FPGA，典型逻辑规模是10K有效逻辑门。
EPF10K30E：FLEX10KE系列FPGA，逻辑规模是EPF10K10的3倍。
EPF20K200E：APEX20KE系列FPGA，逻辑规模是EPF10K10的20倍。
EP1K30：ACEX1K系列FPGA，逻辑规模是EPF10K10的3倍。
EP1S30：STRATIX系列FPGA，逻辑规模是EPF10K10的3倍。

③ALTERA公司的FPGA配置器件系列代码为EPC，如：EPC1：为1型FPGA配置器件。
（2）Xilinx公司的CPLD产品和FPGA产品
Xilinx公司的产品一般以XC开头，代表Xilinx公司的产品。典型产品型号含义如下：
XC95108-7 PQ 160C：XC9500系列CPLD，逻辑宏单元数108，引脚间延时为7ns，采用PQFP封装，160个引脚，商用
XC2018：XC2000系列FPGA，典型逻辑规模是有效门1800。
XC4002A：XC4000A系列FPGA，典型逻辑规模是2K有效门。
XCS10：Spartan系列FPGA，典型逻辑规模是10K。
（3）Lattice公司的CPLD产品和FPGA产品
Lattice公司的CPLD、FPGA产品以其发明的isp开头，系列代号有ispLSI、ispMACH、ispPAC及新开发的ispXPGA、ispXPLD，其中ispPAC为模拟可编程器件，下面以ispLSI、ispXPGA系列产品型号为例说明如下：
ispLSI1032E-125 LJ：ispLSI1000E系列CPLD，通用逻辑块GLB数为32个（相当逻辑宏单元数128），工作频率最大125MHz,PLCC84封装，低电压型商用产品。
ispLSI8840：ispLSI8000系列CPLD，逻辑宏单元数840。
       ispXPGA1200: ispXPGA1200系列FPGA，典型逻辑规模是1200k系统门。

2）几种典型产品型号  






5. FPGA和CPLD的I/O控制模块

wy2589

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春风十里

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