分析CPLD與FPGA區(qū)別

可編程邏輯器件主要包括FPGA和CPLD，FPGA是Field Programmable Gate Array縮寫(xiě)，CPLD是Complex Promrammable Logic Device的縮寫(xiě)。隨著芯片技術(shù)的發(fā)展，CPLD和FPGA的概念已經(jīng)模糊在一起，如Altera和Lattice公司把小容量(小于2K左右邏輯單元)非揮發(fā)的可編程器件歸到CPLD里，如Altera的MAXII系列和Lattice的MACH XO系列芯片，把基于SRAM的FPGA和FLASH的儲(chǔ)存單元做到一個(gè)芯片里面，以及跟傳統(tǒng)的CPLD不一樣了。那么CPLD與FPGA區(qū)別有哪些方面呢?我們一起來(lái)了解一下吧!

1.CPLD與FPGA在結(jié)構(gòu)方面的區(qū)別：

CPLD是粗粒結(jié)構(gòu)，這意味著進(jìn)出器件的路徑經(jīng)過(guò)較少的開(kāi)關(guān)，相應(yīng)地延遲也小。因此，與等效的FPGA相比，CPLD可工作在更高的頻率，具有更好的性能。CPLD的另一個(gè)好處是其軟件編譯快，因?yàn)槠湟子诼酚傻慕Y(jié)構(gòu)使得布放設(shè)計(jì)任務(wù)更加容易執(zhí)行。

FPGA是細(xì)粒結(jié)構(gòu)，這意味著每個(gè)單元間存在細(xì)粒延遲。如果將少量的邏輯緊密排列在一起，F(xiàn)PGA的速度相當(dāng)快。然而，隨著設(shè)計(jì)密度的增加，信號(hào)不得不通過(guò)許多開(kāi)關(guān)，路由延遲也快速增加，從而削弱了整體性能。CPLD的粗粒結(jié)構(gòu)卻能很好地適應(yīng)這一設(shè)計(jì)布局的改變。

2.CPLD與FPGA在系統(tǒng)方面的區(qū)別：

盡管FPGA和CPLD都是可編程ASIC器件，有很多共同特點(diǎn)，但由于CPLD和FPGA結(jié)構(gòu)上的差異，具有各自的特點(diǎn):

①CPLD更適合完成各種算法和組合邏輯，F(xiàn)P GA更適合于完成時(shí)序邏輯。換句話(huà)說(shuō)，F(xiàn)PGA更適合于觸發(fā)器豐富的結(jié)構(gòu)，而CPLD更適合于觸發(fā)器有限而乘積項(xiàng)豐富的結(jié)構(gòu)。

②CPLD的連續(xù)式布線結(jié)構(gòu)決定了它的時(shí)序延遲是均勻的和可預(yù)測(cè)的，而FPGA的分段式布線結(jié)構(gòu)決定了其延遲的不可預(yù)測(cè)性。

③在編程上FPGA比CPLD具有更大的靈活性。CPLD通過(guò)修改具有固定內(nèi)連電路的邏輯功能來(lái)編程，F(xiàn)PGA主要通過(guò)改變內(nèi)部連線的布線來(lái)編程;FP GA可在邏輯門(mén)下編程，而CPLD是在邏輯塊下編程。

④FPGA的集成度比CPLD高，具有更復(fù)雜的布線結(jié)構(gòu)和邏輯實(shí)現(xiàn)。

⑤CPLD比FPGA使用起來(lái)更方便。CPLD的編程采用E2PROM或FASTFLASH技術(shù)，無(wú)需外部存儲(chǔ)器芯片，使用簡(jiǎn)單。而FPGA的編程信息需存放在外部存儲(chǔ)器上，使用方法復(fù)雜。

⑥CPLD的速度比FPGA快，并且具有較大的時(shí)間可預(yù)測(cè)性。這是由于FPGA是門(mén)級(jí)編程，并且CLB之間采用分布式互聯(lián)，而CPLD是邏輯塊級(jí)編程，并且其邏輯塊之間的互聯(lián)是集總式的。

⑦在編程方式上，CPLD主要是基于E2PROM或FLASH存儲(chǔ)器編程，編程次數(shù)可達(dá)1萬(wàn)次，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)斷電時(shí)編程信息也不丟失。CPLD又可分為在編程器上編程和在系統(tǒng)編程兩類(lèi)。FPGA大部分是基于SRAM編程，編程信息在系統(tǒng)斷電時(shí)丟失，每次上電時(shí)，需從器件外部將編程數(shù)據(jù)重新寫(xiě)入SRAM中。其優(yōu)點(diǎn)是可以編程任意次，可在工作中快速編程，從而實(shí)現(xiàn)板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的動(dòng)態(tài)配置。

⑧CPLD保密性好，F(xiàn)PGA保密性差。

⑨一般情況下，CPLD的功耗要比FPGA大，且集成度越高越明顯。

3.CPLD與FPGA在設(shè)計(jì)技巧方面的區(qū)別：

FPGA是細(xì)粒器件，其基本單元和路由結(jié)構(gòu)都比CPLD的小。FPGA是“寄存器豐富”型的(即其寄存器與邏輯門(mén)的比例高)，而CPLD正好相反，它是“邏輯豐富”型的。很多設(shè)計(jì)人員偏愛(ài)CPLD是因?yàn)樗?jiǎn)單易用和高速的優(yōu)點(diǎn)。CPLD更適合邏輯密集型應(yīng)用，如狀態(tài)機(jī)和地址解碼器邏輯等。而FPGA則更適用于CPU和DSP等寄存器密集型設(shè)計(jì)。

小結(jié):許多設(shè)計(jì)人員都熟悉傳統(tǒng)的CPLD，并喜歡這種結(jié)構(gòu)所固有的靈活性和易用性。CPLD為ASIC和FPGA設(shè)計(jì)人員提供了一種很好的替代方案，可讓他們以更簡(jiǎn)單、方便易用的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)。CPLD現(xiàn)已達(dá)到數(shù)十萬(wàn)門(mén)的密度，并可提供當(dāng)今通信設(shè)計(jì)所需的高性能。大于50萬(wàn)門(mén)的設(shè)計(jì)仍需ASIC和FPGA，但對(duì)于小型設(shè)計(jì)，CPLD不失為一個(gè)高性?xún)r(jià)比的替代方案。