一、FPGA/CPLD技术及其发展历程
（一）可编程逻辑器件（PLD）
在数字集成电路中，存在三种基本的器件类型：存储器、微处理器和逻辑器件。存储器用来存储特定的二进制信息，如数据表或数据库的内容；微处理器用来执行软件指令，以完成范围广泛的任务，如运行文字处理程序或音视频游戏，而逻辑器件则用来提供特定的功能，包括数据通信、信号处理、数据显示、定时和控制操作等功能。逻辑器件可分为固定逻辑器件和可编程逻辑器件两大类。固定逻辑器件中的电路是永久性的，这种器件一旦制造完成，其功能就无法改变，而可编程逻辑器件可在任何时间改变其功能，且具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、质量稳定以及可实时在线检验等优点。
可编程逻辑器件技术是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的影响丝毫不亚于20世纪70年代单片机的发明和使用。采用可编程逻辑器件可实现任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的74系列、CC4000系列，都可以用可编程逻辑器件来实现。
不论是简单的还是复杂的数字器件，都是由基本门电路构成的，包括“与”门、“或”门、“非”门等。由基本门电路可构成两类数字电路，一类是组合电路，另一类是时序电路。任何组合逻辑都可以化为“与或”表达式，因此任何组合电路都可以用与或门电路实现。任何时序电路都可由组合电路加上存储元件构成，由此人们提出了可编程逻辑器件（PLD）的概念，其原理如图1.1所示。
图1.1 PLD原理
此后人们又从ROM工作原理、地址信号与输出数据间的关系以及ASIC门阵列获得启发，构造出SRAM查找表逻辑形成方法，采用RAM数据查找的方式，使用多个查找表构成一个查找表阵列，即可编程门阵列（PGA）。
（二）PLD的发展及分类
1.PLD的发展历程
很早以前人们就曾设想设计出一种可编程逻辑器件，不过由于受到当时集成电路工艺技术的限制，一直未能如愿，直到20世纪后期，集成电路技术有了飞速的发展，可编程逻辑器件才得以实现。
历史上，可编程逻辑器件（PLD）经历了PROM、PLA、PAL、GAL、EPLD、CPLD和FPGA的发展过程，在结构、工艺、集成度、功能、速度和灵活性方面逐渐改进和提高，大致的演变过程如下。
20世纪70年代初，推出熔丝编程的PROM和PLA可编程逻辑器件。
20世纪70年代末，AMD公司推出PAL器件。
20世纪80年代初，Lattice公司发明电可擦写的、比PAL使用更灵活的GAL器件。
20世纪80年代中期，Xilinx公司提出现场可编程概念，同时生产出了世界上第一片FPGA器件。同一时期，Altera公司推出EPLD器件，较GAL器件有更高的集成度，可以用紫外线或电擦除。
20世纪80年代末，Lattice公司推出了一系列CPLD器件，将可编程逻辑器件的性能推向了一个全新的高度。
进入20世纪90年代后，可编程逻辑器件进入飞速发展时期，可用逻辑门数超过了百万门，并出现了内嵌复杂功能模块（如加法器、乘法器、CPU核、DSP核、PLL等）的SoPC（可编程片上系统）。
2.PLD的分类
PLD的种类很多，几乎每个大型PLD供应商都能提供具有自身结构特点的PLD器件，由于历史原因，PLD的分类方法较多，较常见的是按集成度来分类，如图1.2所示。一般按集成度可分为两大类：一类是芯片集成度较低的简单PLD，早期出现的PROM、PLA、PAL、GAL都属于这类，逻辑门数大约在500门以下；另一类是芯片集成度较高的复杂PLD，如现在大量使用的FPGA/CPLD器件。
图1.2 PLD按集成度分类
另外，还可以根据可编程逻辑器件的结构分为两大类：一类是乘积项结构器件，其基本结构为“与或阵列”器件，大部分简单PLD以及CPLD属于这个范畴；另一类是查找表结构器件，由简单的查找表组成可编程逻辑门，再构成逻辑阵列形式，FPGA属于此类器件。
常见的FPGA/CPLD芯片外形和封装如图1.3所示。
图1.3 常见FPGA/CPLD芯片外形和封装
3.PLD的发展趋势
目前PLD的发展趋势主要体现在以下几点。
①继续向高密度、高容量方向发展。目前对新型高密度器件的需求有增无减，大容量FPGA/CPLD是市场发展的方向。
②IP内核得到进一步发展。各大厂家不断开发新的IP内核，并且将部分功能在出厂时就固化在芯片中。
③SoPC成为主流。由于系统级芯片（SoC）流片成本非常高，晶圆厂承担的风险太大，所以一般为顶级OEM商提供。从图1.4可以看出，SoPC既含有嵌入的处理器、I/O支持电路，也含有PLD，所嵌入的处理器可以是软核，也可以是硬核，包括DSP/MCU/ASSP，用户可以根据具体应用场景选择处理器和I/O，然后对SoPC进行编程，因此SoPC很快进入了DSP/MCU的应用领域，成为受欢迎的产品。
图1.4 SoPC组成示意图
④ASIC和PLD相互融合。ASIC芯片尺寸小、功能强大、不耗电，但设计复杂，并且有批量要求。PLD器件价格较低廉，能在现场进行编程，但体积大、功能有限，而且功耗比ASIC大。因此，FPGA/CPLD和ASIC将会互相融合发展。