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）。

　　1． 发展历史

　　早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存储器（prom）、紫外线可擦除只读存储器（eprom）和电可擦除只读存储器（e2prom）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—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e2prom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 arraylogic），如gal16v8、gal22v10等。它采用了e＇prom工艺，实现了电可擦除、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。

　　为了弥补这一缺陷，20世纪80年代中期，altera和xilinx分别推出了类似于pal结构的扩展型cpld（complex programmable logic dvice）和与标准门阵列类似的fpga（fieldprogrammable gate array），它们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等特点。这两种器件兼容了pld和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路，编程也很灵活。与门阵列等其他asic（application specific ic）相比，它们又具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品不需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产（一般在10 000件以下）之中。几乎所有应用门阵列、pld和中小规模通用数字集成电路的场合均可应用fpga和cpld器件。

　　fpga是英文field programmable gate arry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。

　　2． fpga的基本特点

　　fpga采用了逻辑单元阵列（loa，logic cell arry）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块（clb，configurable logic block）、输入输出模块（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可做其他全定制或半定制asic电路的试样片：

　　（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和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中的数据读入片内编程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的编程不需专用的fpga编程器，只需用通用的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有下面4种配置