當(dāng)今社會是數(shù)字化的社會，是數(shù)字集成電路廣泛應(yīng)用的社會。數(shù)字集成電路本身在不斷地進(jìn)行更新?lián)Q代。它由早期的電子管、晶體管、小中規(guī)模集成電路，發(fā)展到超大規(guī)模集成電路（vlsic，幾萬門以上）以及許多具有特定功能的專用集成電路。但是，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計與制造集成電路的任務(wù)已不完全由半導(dǎo)體廠商來獨(dú)立承擔(dān)。系統(tǒng)設(shè)計師們更愿意自己設(shè)計專用集成電路（asic）芯片，而且希望asic的設(shè)計周期盡可能短，最好是在實(shí)驗(yàn)室里就能設(shè)計出合適的asic芯片，并且立即投入實(shí)際應(yīng)用之中，因而出現(xiàn)了現(xiàn)場可編程邏輯器件（fpld），其中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬現(xiàn)場可編程門陣列（fpga）和復(fù)雜可編程邏輯器件（cpld）。

　　1． 發(fā)展歷史

　　早期的可編程邏輯器件只有可編程只讀存儲器（prom）、紫外線可擦除只讀存儲器（eprom）和電可擦除只讀存儲器（e2prom）三種。由于結(jié)構(gòu)的限制，它們只能完成簡單的數(shù)字邏輯功能。

　　其后出現(xiàn)了一類結(jié)構(gòu)上稍復(fù)雜的可編程芯片，即可編程邏輯器件（pld），它能夠完成各種數(shù)字邏輯功能。典型的pld由一個“與”門和一個“或”門陣列組成，而任意一個組合邏輯都可以用“與—或”表達(dá)式來描述，所以pld能以乘積和的形式完成大量的組合邏輯功能。

　　這一階段的產(chǎn)品主要有pal（可編程陣列邏輯）和gal（通用陣列邏輯）。 pal由一個可編程的“與”平面和一個固定的“或”平面構(gòu)成，或門的輸出可以通過觸發(fā)器有選擇地被置為寄存狀態(tài)。pal器件是現(xiàn)場可編程的，它的實(shí)現(xiàn)工藝有反熔絲技術(shù)、eprom技術(shù)和e2prom技術(shù)。還有一類結(jié)構(gòu)更為靈活的邏輯器件是可編程邏輯陣列（pla），它也由一個“與”平面和一個“或”平面構(gòu)成，但是這兩個平面的連接關(guān)系是可編程的。pla器件既有現(xiàn)場可編程的，也有掩膜可編程的。在pal的基礎(chǔ)上又發(fā)展了一種通用陣列邏輯（gal，generic arraylogic），如gal16v8、gal22v10等。它采用了e＇prom工藝，實(shí)現(xiàn)了電可擦除、電可改寫，其輸出結(jié)構(gòu)是可編程的邏輯宏單元，因而它的設(shè)計具有很強(qiáng)的靈活性，至今仍有許多人使用。這些早期的pld器件的一個共同特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)速度特性較好的邏輯功能，但其過于簡單的結(jié)構(gòu)也使它們只能實(shí)現(xiàn)規(guī)模較小的電路。

　　為了彌補(bǔ)這一缺陷，20世紀(jì)80年代中期，altera和xilinx分別推出了類似于pal結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展型cpld（complex programmable logic dvice）和與標(biāo)準(zhǔn)門陣列類似的fpga（fieldprogrammable gate array），它們都具有體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍寬等特點(diǎn)。這兩種器件兼容了pld和通用門陣列的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)較大規(guī)模的電路，編程也很靈活。與門陣列等其他asic（application specific ic）相比，它們又具有設(shè)計開發(fā)周期短、設(shè)計制造成本低、開發(fā)工具先進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品不需測試、質(zhì)量穩(wěn)定以及可實(shí)時在線檢驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的原型設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn)（一般在10 000件以下）之中。幾乎所有應(yīng)用門陣列、pld和中小規(guī)模通用數(shù)字集成電路的場合均可應(yīng)用fpga和cpld器件。

　　fpga是英文field programmable gate arry的縮寫，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在pal、gal、epld等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（asic）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。

　　2． fpga的基本特點(diǎn)

　　fpga采用了邏輯單元陣列（loa，logic cell arry）這樣一個新概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊（clb，configurable logic block）、輸入輸出模塊（iob，input output block）和內(nèi)部連線（interconnect）三個部分。fpga的基本特點(diǎn)主要有：

　�。�1）采用fpga設(shè)計asic電路，用戶不需要投片生產(chǎn)就能得到合用的芯片；

　�。�2）fpga可做其他全定制或半定制asic電路的試樣片：

　�。�3）fpga內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和i／o引腳；

　�。�4）fpga是asic電路中設(shè)計周期最短、開發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險最小的器件之一；

　�。�5）fpga采用高速chmos工藝，功耗低，可以與cmos、ttl電平兼容。

　　可以說，fpga芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度和可靠性的最佳選擇之一。

　　目前fpga的品種很多，有xilinx的xc系列、ti公司的tpc系列、altera公司的fiex系列等。

　　fpga是由存放在片內(nèi)ram中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的。因此，工作時需要對片內(nèi)的ram進(jìn)行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式采用不同的編程方式。

　　加電時，fpga芯片將eprom中的數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程ram中，配置完成后，fpga進(jìn)入工作狀態(tài)。掉電后，fpga恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失。因此，fpga能夠反復(fù)使用。fpga的編程不需專用的fpga編程器，只需用通用的eprom、prom編程器即可。當(dāng)需要修改fpga功能時，只需換一片eprom即可。這樣，同一片fpga、不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，fpga的使用非常靈活。

　　fpga有下面4種配置