简析FPGA与CPLD两者之间的区别

（文章来源：ofweek）
cpld主要是由可编程逻辑宏单元（lmc，logicmacrocell）围绕中心的可编程互连矩阵单元组成，其中lmc逻辑结构较复杂，并具有复杂的i/o单元互连结构，可由用户根据需要生成特定的电路结构，完成一定的功能。由于cpld内部采用固定长度的金属线进行各逻辑块的互连，所以设计的逻辑电路具有时间可预测性，避免了分段式互连结构时序不完全预测的缺点。到90年代，cpld发展更为迅速，不仅具有电擦除特性，而且出现了边缘扫描及在线可编程等高级特性。较常用的有xilinx公司的epld和altera公司的cpld。
fpga通常包含三类可编程资源：可编程逻辑功能块、可编程i/o块和可编程互连。可编程逻辑功能块是实现用户功能的基本单元，它们通常排列成一个阵列，散布于整个芯片；可编程i/o块完成芯片上逻辑与外部封装脚的接口，常围绕着阵列排列于芯片四周；可编程内部互连包括各种长度的连线线段和一些可编程连接开关，它们将各个可编程逻辑块或i/o块连接起来，构成特定功能的电路。不同厂家生产的fpga在可编程逻辑块的规模，内部互连线的结构和采用的可编程元件上存在较大的差异。较常用的有altera、xinlinx和actel公司的fpga。
fpga一般用于逻辑仿真。电路设计工程师设计一个电路首先要确定线路，然后进行软件模拟及优化，以确认所设计电路的功能及性能。然而随着电路规模的不断增大，工作频率的不断提高，将会给电路引入许多分布参数的影响，而这些影响用软件模拟的方法较难反映出来，所以有必要做硬件仿真。fpga就可以实现硬件仿真以做成模型机。将软件模拟后的线路经一定处理后下载到fpga，就可容易地得到一个模型机，从该模型机，设计者就很直观地测试其逻辑功能及性能指标。
尽管fpga和cpld都是可编程asic器件，有很多共同特点，但由于cpld和fpga结构上的差异，具有各自的特点：①cpld更适合完成各种算法和组合逻辑，fpga更适合于完成时序逻辑。换句话说，fpga更适合于触发器丰富的结构，而cpld更适合于触发器有限而乘积项丰富的结构。②cpld的连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀的和可预测的，而fpga的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性。
③在编程上fpga比cpld具有更大的灵活性。cpld通过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程，fpga主要通过改变内部连线的布线来编程；fpga可在逻辑门下编程，而cpld是在逻辑块下编程。④fpga的集成度比cpld高，具有更复杂的布线结构和逻辑实现。⑤cpld比fpga使用起来更方便。cpld的编程采用e2prom或fastflash技术，无需外部存储器芯片，使用简单。而fpga的编程信息需存放在外部存储器上。
⑥cpld的速度比fpga快，并且具有较大的时间可预测性。这是由于fpga是门级编程，并且clb之间采用分布式互联，而cpld是逻辑块级编程，并且其逻辑块之间的互联是集总式的。
⑦ 在编程方式上，cpld主要是基于e2prom或flash存储器编程，编程次数可达1万次，优点是系统断电时编程信息也不丢失。cpld又可分为在编程器上编程和在系统编程两类。fpga大部分是基于sram编程，编程信息在系统断电时丢失，每次上电时，需从器件外部将编程数据重新写入sram中。其优点是可以编程任意次，可在工作中快速编程，从而实现板级和系统级的动态配置。
⑧cpld保密性好，fpga保密性差。⑨一般情况下，cpld的功耗要比fpga大，且集成度越高越明显。
随著复杂可编程逻辑器件(cpld)密度的提高，数字器件设计人员在进行大型设计时，既灵活又容易，而且产品可以很快进入市场。许多设计人员已经感受到cpld容易使用、时序可预测和速度高等优点，然而，在过去由于受到cpld密度的限制，他们只好转向fpga和asic。现在，设计人员可以体会到密度高达数十万门的cpld所带来的好处。
cpld结构在一个逻辑路径上采用1至16个乘积项，因而大型复杂设计的运行速度可以预测。因此，原有设计的运行可以预测，也很可靠，而且修改设计也很容易。cpld在本质上很灵活、时序简单、路由性能极好，用户可以改变他们的设计同时保持引脚输出不变。与fpga相比，cpld的i/o更多，尺寸更小。