5、现场可编程逻辑与架构设计：原理、应用与选择

现场可编程逻辑与架构设计：原理、应用与选择

1. 现场可编程逻辑（FPL）的扩展

在成本、能源效率或运行速度至关重要的情况下，可配置逻辑最适合用于那些需要频繁更改的电路部分。为了更好地与竞争对手（如掩膜编程集成电路、信号处理器和其他FPL产品）竞争，供应商对FPL系列进行了扩展，将其与一些不太灵活但更具成本效益和效率的硬件资源相结合。

1.1 数据路径单元

可配置逻辑单元通常用于实现小的查找表和随机逻辑功能。但在处理宽数据字的乘法等运算时，其高度的可配置性会成为负担。因此，一些FPGA系列配备了针对乘加（MAC）和相关算术逻辑运算优化的可配置数据路径单元。与可配置逻辑单元相比，这些专用单元具有更宽的字宽，在硬件使用、吞吐量和能源效率方面能更有效地支持数字信号处理应用，前提是合成软件能将内积和其他合适的操作映射到这些粗粒度计算资源上。

1.2 硬连线构建模块

几乎所有FPL设备在同一芯片上都有硬连线子电路，因为用宝贵的可配置资源来实现固定功能是不划算的。典型的固定功能模块包括：
- SRAMs、FIFOs、时钟恢复电路、串行解串器（SerDes）。
- 行业标准功能和接口（如PCI、USB、FireWire、以太网、WLAN、JTAG、LVDS等）。
- 模数和数模转换器。
- 完整的微处理器和DSP内核（如PowerPC、ARM）。
- 弱可配置的模拟子功能，如滤波器或锁相环（PLL）。

以下是两款先进的基于SRAM的FPGA系列的最大资源表：
| 供应商 | 产品 | 推出年份 | 技术 | 可配置逻辑单元 [k] | 块RAM [Mbit] | DS