FPGA、PLD、CPLD之间的杂乱关系

FPGA

ASIC芯片内部架构较为简单，不可以硬件编程，只能用来专门处理某一种功能，灵活性最差，但是在执行某一种任务上的效率最高。ASIC也被称为专用集成电路。

fpga你可以理解成把一堆逻辑器件比如与门，或门，选择器等放在一个盒子里，盒子周围就是片子的引脚。通过逻辑编写，把许多的门和许多选择器等器件串联或并联引脚上。就等于把数电实验在fpga里面做。

FPGA的特点如下：

（1）采用FPGA设计ASIC电路（专用集成电路），用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。

（2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

（3）FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。

（4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

（5）FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

CPU芯片内部架构最复杂，不可以硬件编程，但是可以通过外部的编程软件来编写实现各种功能的软件，具备最高的灵活性，和最低的处理效率。CPU也被称为通用集成电路。

PLD

PLD是可编程逻辑器件（Programable Logic Device）的简称，FPGA是现场可编程门阵列（Field Programable Gate Array）的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，所以我们有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件或PLD/FPGA。 PLD是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的影响丝毫不亚于70年代单片机的发明和使用。

PLD能做什么呢？可以毫不夸张的讲，PLD能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的74电路，都可以用PLD来实现。PLD如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。在PCB完成以后，还可以利用PLD的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用PLD来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。 PLD的这些优点使得PLD技术在90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言（HDL）的进步。

如何使用PLD呢？其实PLD的使用很简单，学习PLD比学习单片机要简单的多，有数字电路基础，会使用计算机，就可以进行PLD的开发。不熟悉PLD的朋友，可以先看一看可编程逻辑器件的发展历程。当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的社会。数字集成电路本身在不断地进行更新换代。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路（VLSIC，几万门以上）以及许多具有特定功能的专用集成电路。

但是，随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路（ASIC）芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件（FPLD），其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）。早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存贮器（PROM）、紫外线可按除只读存贮器（EPROM）和电可擦除只读存贮器（EEPROM）三种。

由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。 其后，出现了一类结构上稍复杂的可编程芯片，即可编程逻辑器件（PLD），它能够完成各种数字逻辑功能。典型的PLD由一个“与”门和一个“或”门阵列组成，而任意一个组合逻辑都可以用“与一或”表达式来描述，所以， PLD能以乘积和的形式完成大量的组合逻辑功能。这一阶段的产品主要有PAL（可编程阵列逻辑）和GAL（通用阵列逻辑）。

PAL由一个可编程的“与”平面和一个固定的“或”平面构成，或门的输。出可以通过触发器有选择地被置为寄存状态。PAL器件是现场可编程的，它的实现工艺有反熔丝技术、EPROM技术和EEPROM技术。还有一类结构更为灵活的逻辑器件是可编程逻辑阵列（PLA），它也由一个“与”平面和一个“或”平面构成，但是这两个平面的连接关系是可编程的。PLA器件既有现场可编程的，也有掩膜可编程的。 在PAL的基础上，又发展了一种通用阵列逻辑GAL（Generic Array Logic），如GAL16V8，GAL22V10 等。它采用了EEPROM工艺，实现了电可按除、电可改写，其输出结构是可编程的逻辑宏单元，因而它的设计具有很强的灵活性，至今仍有许多人使用。 这些早期的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。

CPLD

CPLD是Complex Programmable Logic Device的简写，中文为复杂可编程逻辑器件，是从PAL和GAL器件发展出来的器件，其规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。CPLD是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。

20世纪70年代，最早的可编程逻辑器件PLD就诞生了。其输出结构是可编程的逻辑宏单元，因为它的硬件结构设计可由软件完成（相当于房子盖好后人工设计局部室内结构），因而它的设计比纯硬件的数字电路具有很强的灵活性，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。为弥补PLD只能设计小规模电路这一缺陷，20世纪80年代中期，推出了复杂可编程逻辑器件CPLD。此应用已深入网络、仪器仪表、汽车电子、数控机床、航天测控设备等方面。

CPLD是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。

CPLD， 体积小，速度快，但是资源少。CPLD是Complex Programmable Logic Device（复杂可编程逻辑器件）的缩写，代表的是一种可编程逻辑器件，它可以在制造完成后由用户根据自己的需要定义其逻辑功能。不需要外部接RAM。

先说FPGA和CPLD，先从名字上理解，FPGA：现场可编程门阵列，CPLD：复杂可编程逻辑器件，他们都是可编程器件，但是CPLD的程序是固化在内部flash的，掉电之后重新上电程序依然在。而FPGA内部并没有flash，掉电之后程序会消失，当然可以外部挂一个flash存储程序，每次掉电重启都从flash加载。从规模上讲，FPGA的的容量（逻辑单元）一般要比CPLD大的多，功能更强，成本更高，功耗也更大，可编程性也更加灵活，所以两者有不同的市场定位，FPGA主要用于芯片功能验证（高度复杂）、图像处理（大数据）和通信（高速率）领域，CPLD可用于信号发生等小规模工控市场。

PLD是一个广泛的概念，FPGA和CPLD都属于PLD，编程是硬件可编程，逻辑设计！PLC是可编程控制器，常见的51单片机就是属于PLC了，是ASIC！也就是硬件是做死的，内部的电路是固化的，可以看作是一种定制的芯片，编程是软件编程！

DSP有很强的运算能力，有更多的乘法器加法器等，严格来说DSP是一种软核，再增加外围的存储、时钟等才封装成芯片，在图像处理、数学运算上有较大优势。

从最早的PAL、GAL发展到后来的CPLD、FPGA，都属于可编程逻辑器件。

这些器件的内部构造各有差异，但是总体上看，都很类似于做实验用的那种面包板。

面包板上去我们可以插各种器件，用飞线连接起来，搭成各种各样的电路。

可编程器件也一样，里面有两大部分：预先做好的一大堆逻辑门、触发器、存储器等等单元，还有连接到这些的布线。布线和布线之间的连接点空着，可以通过某种手段，连接或者断开某些布线之间的连接点，使得各种预先做好的器件之间建立电路连接，完成某种功能，这个过程，就叫做“编程”。

有的器件是一次性的，把线路之间一次性烧短路或者断路。有的是用一个传输门连接两条线路，传输门的控制端对应SRAM或者Flash存储器中的一位，1导通0断开之类的。这个存储器就构成了器件的配置区，给这个配置区里写入特定的数据，就能形成需要的电路。

至于这个配置数据怎么得来，简单的PAL、GAL可以自己手写，大规模器件可以先用电路图、逻辑表达式、硬件描述语言等等去描述，然后再用EDA软件做综合和布线，生成最终的配置信息，也就是所谓的网表文件。

FPGA芯片内部架构稍微复杂一些，可以硬件编程，因而可以通过硬件编程语言来改变内部芯片的逻辑结构，从而能够在提供一定灵活性的同时，还能够保证较高的处理效率，算是在灵活性和性能上取了个折中。FPGA也被称为可编程集成电路。