4、现场可编程逻辑技术全面解析

现场可编程逻辑技术全面解析

1. 现场可编程逻辑概述

现场可编程逻辑（FPL）在众多应用中颇具吸引力，主要是因为其前期成本低且周转时间短。通过纯粹的电气手段，就能将一块成品硅片转变为特定应用电路，无需定制光掩模或进行晶圆加工步骤，这乍一看着实令人惊讶。

FPL中的“可编程”并非传统意义上的程序或指令序列执行。实际上，预先制造好的子电路通过电可编程链接配置成目标电路，这些链接可根据配置位进行设置，很多情况下也能撤销设置。

FPL设备的关键特性取决于开发者在两个维度上的决策：一是设备的实际配置方式以及配置的电气存储方式；二是提供给客户的硬件资源的整体组织方式。这里的客户指的是希望使用FPL设备创建电路的设计工程师。

2. 配置技术

当前有三种配置技术并存，它们都源于存储技术。

2.1 静态存储器（SRAM）

核心元素是电子开关，如传输门、传输晶体管或三态缓冲器，由配置位控制其“开”或“关”。配置数据存储在静态随机存取存储器（SRAM）单元或由两个交叉耦合反相器构成的片上子电路中，实现无限可重编程性。

可重构性对调试非常有帮助，能探测内部节点、在正常操作和各种诊断模式之间切换，还能在发现设计缺陷时进行修补。许多基于RAM的FPL设备还支持在运行时重新配置内部逻辑，即系统内配置（ISC），为可重构计算打开了大门。

不过，基于SRAM存储的FPL设备在每次上电时，必须从外部重新获取整个配置（所有可编程链接的设置）。解决方法有三种：
- 从专用的位串行或位并行片外只读存储器（ROM）读取。
- 从主机计算机下载位流。
- 采用长期电池备