FPGA与CPLD性能比较：恢弘FPGA应用技术及实践

由前面的分析可知，FPGA和CPLD各有不能取代的优点，这也正是两种器件目前都得到广泛应用的原因。FPGA与CPLD在结构上的主要区别如下：

（1）逻辑块的粒度不同。

逻辑块指PLD芯片中按结构划分的功能模块，它有相对独立的组合逻辑阵列，块间靠互连系统联系。

FPGA中的CLB是逻辑块，其特点是粒度小，输入变量为4～8个，输出变量为1～2个，因此只是一个逻辑单元。每块芯片中有几十到近千个这样的单元。CPLD中逻辑块粒度较大，通常有数10个输入端和1～20个输出端，每块芯片只分成几块。有些集成度较低的（如ATV2500）则干脆不分块。显然，如此粗大的分块结构在使用时不如FPGA灵活。

（2）逻辑之间的互连结构不同。

逻辑系统通常可分为两大类型：一类是控制密集型；另一类是数据密集型。控制密集型也称为逻辑密集型，如高速缓存控制、DRAM控制和DMA控制等，它们仅需要很少的数据处理能力，但逻辑关系一般都复杂。数据密集型需要大量数据处理能力，其应用多见于通信领域。为了选择合适的PLD芯片，应从速度与性能、逻辑利用率、使用方便性、编程技术等方面进行考查。

①　速度与性能。数据密集型系统，如通信中对信号进行处理的二维卷积器，每个单元所需要的输入端较少，但需要很多这样的逻辑单元。这些要求与FPGA的结构吻合。因为FPGA的粒度小，其输入到输出的传输延迟时间很短，因此能获得高的单元速度。(www.xing528.com)

而控制密集型系统通常是输入密集型的，逻辑复杂，CLB的输入端往往不够用，需要把多个CLB串行级联使用，同时CLB之间的连接有可能通过多级通用PI或长线，导致速度急剧下降，因此实际的传输延迟时间大于CPLD。比如实现一个DRAM控制器，它由4个功能块组成：刷新状态机、刷新地址计数器、刷新定时器和地址选择开关，需要的输入端有几十个，显然用CPLD更合适。

②　逻辑利用率。逻辑利用率是指器件中资源被利用的程度。CPLD的逻辑寄存器少，FPGA的逻辑弱而寄存器多，这正好与控制密集型系统与数据密集型系统相对应。比如，规模同为6000PLD门的ispLSI1032有192个寄存器，而XC4005E有616个寄存器。因此从逻辑利用率的角度出发，对于组合电路类较复杂的设计，宜采用颗粒较粗的CPLD；对于时序电路中触发器较多的设计，宜采用颗粒较细的FPGA。

③　使用方便性。对使用方便性，首先要考虑性能的可预测性，在这点上CPLD优于FPGA。因为对于CPLD，通常只要输入/输出端口数、内部门和触发器数目不超过芯片的资源并有一定裕量，总是可以实现的。而FPGA则很难预测，因为完成设计所需的CLB逻辑级数是无法事先确定的，只有靠多次试验才能得到满意的结果。

④　编程技术：FPGA编程信息存放在外部存储器中，要附加存储器芯片，其保密性差，断电后数据易丢失。而CPLD采用最佳的E2CMOS技术。

⑤　低功耗的器件如接负载重，不仅使器件工作频率降低，还可能损伤芯片。