笔记本电脑处理器选择 CPU/MCU/FPGA/SoC 这些芯片究竟是啥？(4)

可擦除可编程逻辑器件（EPLD）是20世纪80年代中期Altera公司推出的基于UVEPROM和CMOS技术的PLD，后来发展到采用EECMOS工艺制作的PLD，EPLD的基本逻辑单元是宏单元，宏单元是由可编程的与阵列、可编程寄存器和可编程I/O三部分组成的。从某种意义上讲，EPLD是改进的GAL，它在GAL基础上大量增加输出宏单元的数目，提供更大的与阵列，集成密度大幅提高，内部连线相对固定，延时小，有利于器件在高频下工作，但内部互连能力较弱。

复杂可编程逻辑器件（CPLD）是20世纪80年代末Lattice公司提出了可编程技术（SP）以后于20世纪90年代初推出的。CPLD至少包含三种结构：可编程逻辑宏单元可编程I/O单元和可编程内部连线，它是在EPLD的基础上发展起来的，采用EECMOS工艺制作，与EPLD相比，增加了内部连线，对逻辑宏单元和I/O单元也有很大改进。

现场可编程门阵列（FPGA）器件是Xilinx公司1985年首家推出的，它是一种新型的高密度PLD，采用CMOS-SRAM工艺制作。FPGA的结构与门阵列PLD不同，其内部由许多独立的可编程逻辑模块（CLB）组成，逻辑块之间可以灵活地相互连接，CLB的功能很强，不仅能够实现逻辑函数，还可以配置成RAM等复杂的形式。配置数据存放在芯片内的SRAM中，设计人员可现场修改器件的逻辑功能，即所谓的现场可编程。FPGA出现后受到电子设计工程师的普遍欢迎，发展十分迅速。

FPGA和CPLD都具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽的特点。这两种器件兼容了简单PLD和通用门阵列的优点，可实现较的电路，编程也很灵活，与ASIC相比，具有设计开发周期短、设计制造成本低，开发工具先进、标准产品无须测试、质量稳定等优点，用户可以反复地编程、擦除、使用，或者在电路不动的情况下用不同软件就可实现不同的功能以及可实时检验。

CPLD是一种比PLD复杂的逻辑元件。CPLD是一种用户可根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。与FPGA相比，CPLD提供的逻辑资源相对较少,但是经典CPLD构架提供了非常好的组合逻辑实现能力和片内信号延时可预测性，因此对于关键的控制应用比较理想。

FPGA是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为ASIC领域中的一种半定制电路而出现的，提供了丰富的可编程逻辑资源、易用的存储、运算功能模块和良好的性能，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和CPLD因为结构上的区别，各具自身特色。因为FPGA的内部构造触发器比例和数量多，所以它在时序逻辑设计方面更有优势:而CPLD因具有与或门阵列资源丰富、程序掉电不易失等特点，适用于组合逻辑为主的简单电路。总体来说，由于FPGA资源丰富功能强大，在产品研发方面的应用突出，当前新推出的可编程逻辑器件芯片主要以FPGA类为主，随着半导体工艺的进步，其功率损耗越来越小，集成度越来越高。

在微处理器系统上，软件设计师用程序设计语言控制整个系统的正常运转，而在可编程器件领域，操作的对象不再是一组组数据类型，而是一些硬件器件，如存储器，计数器等，甚至是一些更加底层的触发器、逻辑门，有的甚至要精确到集成晶体管开关级的控制。并且很多器件不再是顺序的阻塞式工作，而是并行的触发工作，经典的程序流程控制思想在可编程器件领域不适用。设计人员需要使用一种能够构造硬件电路的语言，即硬件描述语言。

六、硬件描述语言

硬件描述语言（Hardware Description Language, HDL）是一种用形式化方法描述逻辑电路和系统的语言。利用这种语言，逻辑电路系统的设计可以从上层到下层（从抽象到具体）逐层描述自己的设计思想，用一系列分层次的模块来表示极其复杂的逻辑系统。然后，利用电子设计自动化（EDA）工具，逐层进行仿真验证，再把其中需要变为实际电路的模块组合，经过自动综合工具转换到门级电路网表。接下来，再用专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）自动布局布线工具，把网表转换为要实现的具体电路布线结构。据统计，目前在美国的硅谷约有90%以上的ASIC和PLD采用硬件描述语言进行设计。

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