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FPGA 简介
FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，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采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。FPGA的基本特点主要有：
　　1）采用FPGA设计ASIC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CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。
　　可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
　　目前FPGA的品种很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。
　　FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。 加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。
　　FPGA有多种配置模式：并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式；主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA；串行模式可以采用串行PROM编程FPGA；外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。
　

1.主流PLD产品：

MAXII：新一代PLD器件，0.18um falsh工艺，2004年底推出，采用FPGA结构,配置芯片集成在内部，和普通PLD一样上电即可工作。容量比上一代大大增加，内部集成一片8Kbits串行EEPROM，增加很多功能。MAXII采用2.5v或者3.3v内核电压，MAXII G系列采用1.8v内核电压。

简评：性价比不错，未来几年主流器件，推荐使用，不过MAXII容量较大，对于只需要几十个逻辑单元的简单逻辑应用，建议使用小容量的EPM3000A系列芯片

　

MAX II 器件家族

 Feature

EPM240/G

EPM570/G

EPM1270/G

EPM2210/G

逻辑单元 (LE)

240

570

1,270

2,210

等效宏单元（Macrocell）

192

440

980

1,700

最大用户IO

80

160

212

272

内置Flash大小(bit)

8K

8K

8K

8K

管脚到管脚延时(ns)

3.6-4.5

3.6-5.5

3.6-6.0

3.6-6.5
　
主流FPGA产品

Altera的主流FPGA分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求，如Cyclone，CycloneII；还有一种侧重于高性能应用，容量大，性能能满足各类高端应用，如Startix，StratixII等，用户可以根据自己实际应用要求进行选择。 在性能可以满足的情况下，优先选择低成本器件。

 

  • Cyclone（飓风）：Altera中等规模FPGA，2003年推出，0.13um工艺,1.5v内核供电，与Stratix结构类似，是一种低成本FPGA系列 ，是目前主流产品，其配置芯片也改用全新的产品。

简评：Altera最成功的器件之一，性价比不错，是一种适合中低端应用的通用FPGA，推荐使用

Cyclone资料下载

　

型号（1.5V）
逻辑单元
锁相环
M4K RAM 块
备 注
EP1C3 2,910
1
13
每块RAM为4Kbit，可以另加1位奇偶校验位
　
  • CycloneII：Cyclone的下一代产品，2005年开始推出，90nm工艺，1.2v内核供电，属于低成本FPGA，性能和Cyclone相当，提供了硬件乘法器单元

    简评：刚刚推出的新一代低成本FPGA，目前市场零售还不容易买到，估计从2005年年底开始，将逐步取代Cyclone器件，成为Altera在中低FPGA市场中的主力产品。

    CycloneII资料下载

     

    　

    Cyclone II 系列概览

    特 性

    EP2C5

    EP2C8

    EP2C20

    EP2C35

    EP2C50

    EP2C70

    逻辑单元（ LE ）

    4,608

    8,256

    18,752

    33,216

    50,528

    68,416

    M4K RAM 块

    26

    36

    52

    105

    129

    250

    RAM 总量

    119,808

    165,888

    239,616

    483,840

    594,432

    1,152,000

    嵌入式18×18乘法器

    13

    18

    26

    35

    86

    150

    锁相环（PLL）

    2

    2

    4

    4

    4

    4

    最大可用I/O管脚

    142

    182

    315

    475

    450

    622

    　

    		•
  • Stratix ：altera大规模高端FPGA,2002年中期推出，0.13um工艺，1.5v内核供电。集成硬件乘加器,芯片内部结构比Altera以前的产品有很大变化。

    简评：Startix芯片在2002年的推出，改变了Altera在FPGA市场上的被动局面。该芯片适合高端应用。 随着2005年新一代StratixII器件的推出，将被StratixII逐渐取代

    Stratix资料下载

    　

    1.5v
    逻辑单元 LE
    512bit RAM块
    4Kbit RAM块
    512K MegaRAM块
    DSP块
    备注
    EP1S10 10570 94 60 1 6

    每个DSP块可实现4个9x9乘法/累加器

    RAM块可以另加奇偶校验位
    EP1S20 18460 194 82 2 10
    EP1S25 25660 224 138 2 10
    EP1S30 32470 295 171 4 12
    EP1S40 41250 384 183 4 14
    EP1S60 57120 574 292 6 18
    EP1S80 79040 767 364 9 22
    EP1S120 114140 1118 520 12 28
    　

     

    		•
    StratixII: Stratix的下一代产品，2004年中期推出，90um工艺，1.2v内核供电，大容量高性能FPGA

    简评：性能超越Stratix,是未来几年中，Altera在高端FPGA市场中的主力产品

    StratixII资料下载

     

    　

    Stratix II 系列概览

    功能

    EP2S15

    EP2S30

    EP2S60

    EP2S90

    EP2S130

    EP2S180

    自适应逻辑模块（ALM）

    6,240

    13,552

    24,176

    36,384

    53,016

    71,760

    等效逻辑单元 （LE）

    15,600

    33,880

    60,440

    90,960

    132,540

    179,400

    M512 RAM 块 (512 bits)

    104

    202

    329

    488

    699

    930

    M4K RAM 块 (4 Kbits）

    78

    144

    255

    408

    609

    768

    M-RAM 块(512 K）

    0

    1

    2

    4

    6

    9

    总共 RAM bits

    419,328

    1,369,728

    2,544,192

    4,520,448

    6,747,840

    9,383,040

    DSP块（每个DSP包含4个18x18乘法器）

    12

    16

    36

    48

    63

    96

    锁相环（PLL）

    6

    6

    12

    12

    12

    12

    最大可用I/O管脚

    358

    542

    702

    886

    1,110

    1,1
    　

    配置EEPROM   用于配置SRAM工艺FPGA的EEPROM，EPC2以上的芯片可以用电缆多次擦写

    型号 容量 适用型号(详细内容请参阅数据手册） 电压 常用封装
    EPC1441 （不可擦写) 441K bits 6K,10K10-10K30，1K10 3.3/5v 自动选择（可在软件中设定） 8 脚 DIP
    EPC1 （不可擦写) 1M bits 10K30E/1K30，10K/1K50,更大芯片要多片级连 3.3/5v 自动选择（可在软件中设定） 8 脚 DIP
    EPC2 （可重复擦写） 2M bits 10K/1K/20K100以下，更大芯片要多片级连 3.3/5v 管脚控制（请查阅数据手册） 20 脚 PLCC
    EPC8 （可重复擦写） 8M bits   　 100脚 PQFP
    EPC16（可重复擦写） 16M bits   　 88 脚 BGA
    　

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