1.8 现场可编程逻辑门阵列（FPGA）

早期PLD器件的一个共同特点是可以实现速度特性较好的逻辑功能，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。为了弥补这一缺陷，20世纪80年代中期，Altera公司（现已被英特尔收购，为英特尔可编程事业部——PSG）推出了现场可编程门阵列FPGA。FPGA具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点，可以替代几十块甚至几千块通用IC芯片，这使得FPGA得到广泛的关注与好评。

如图1-17所示为FPGA典型架构，它的主要组成是逻辑单元或LE，分布于整个FPGA的网络结构当中。LE由两部分组成：实现组合逻辑功能（如AND门和OR门）的查找表，以及实现同步逻辑的寄存器，如D触发器。

图1-17 FPGA典型架构

除LE之外，还有其他专用硬件结构可用于实现特定功能和提高性能。这些特殊设备资源通常在整个设备中按列排列。一种专用资源是嵌入式存储器，嵌入式存储器块可以具有不同的尺寸，并且可以串联或并联地级联在一起，以实现更大的存储器结构。

嵌入式乘法器也以列的形式排列，具有不同的形状和大小，可以以类似的方式级联在一起，以实现更复杂的DSP功能。大多数器件包括多个高速锁相环或PLL，以实现复杂的时钟结构。所有器件都包含大量用户可选的I/O元件，可以放置和配置这些元件，以将FPGA设计连接到印刷电路板上的其他外部器件。

一些器件型号包括硬核处理器系统HPS，采用多核Arm*Cortex*系列处理器，通过许多高速桥接器和控制信号与FPGA紧密集成。HPS的嵌入提供了两全其美的优势：具有软件控制和应用级处理器性能的高级FPGA的硬件灵活性和可重编程性。

所有这些设备资源通过可配置寄存器设置和控制的路由结构连接在一起。路由非常灵活，确保特定设计所需的硬件能够正确连接并满足所有设计目标。