目前主流的FPGA仍是基于查找表技術的，已經遠遠超出了先前版本的基本性能，并且整合了常用功能（如RAM、時鐘管理和DSP）的硬核（ASIC型）模塊。FPGA芯片主要由7部分完成，分別為：可編程輸入輸出單元、基本可編程邏輯單元、完整的時鐘管理、嵌入塊式RAM、豐富的布線資源、內嵌的底層功能單元和內嵌專用硬件模塊。

fpga芯片系統結構圖

1． 可編程輸入輸出單元（IOB）

可編程輸入/ 輸出單元簡稱I/O 單元，是芯片與外界電路的接口部分，完成不同電氣特性下對輸入/ 輸出信號的驅動與匹配要求，其示意結構如下圖 所示。FPGA 內的I/O 按組分類，每組都能夠獨立地支持不同的I/O標準。通過軟件的靈活配置，可適配不同的電氣標準與I/O 物理特性，可以調整驅動電流的大小，可以改變上、下拉電阻。目前，I/O 口的頻率也越來越高，一些高端的FPGA 通過DDR 寄存器技術可以支持高達2Gbps 的數據速率。

IOB內部結構

外部輸入信號可以通過IOB 模塊的存儲單元輸入到FPGA 的內部，也可以直接輸入FPGA 內部。當外部輸入信號經過IOB 模塊的存儲單元輸入到FPGA 內部時，其保持時間（Hold Time） 的要求可以降低，通常默認為0。為了便于管理和適應多種電器標準，FPGA 的IOB 被劃分為若干個組（bank），每個bank 的接口標準由其接口電壓VCCO 決定，一個bank 只能有一種VCCO，但不同bank 的VCCO 可以不同。只有相同電氣標準的端口才能連接在一起，VCCO 電壓相同是接口標準的基本條件。

2.基本可編程邏輯單元

FPGA的基本可編程邏輯單元是由查找表（LUT）和寄存器（Register）組成的，查找表完成純組合邏輯功能。FPGA內部寄存器可配置為帶同步/異步復位和置位、時鐘使能的觸發器，也可以配置成為鎖存器。FPGA一般依賴寄存器完成同步時序邏輯設計。一般來說，比較經典的基本可編程單元的配置是一個寄存器加一個查找表，但不同廠商的寄存器和查找表的內部結構有一定的差異，而且寄存器和查找表的組合模式也不同。

學習底層配置單元的LUT和Register比率的一個重要意義在于器件選型和規模估算。由于FPGA內部除了基本可編程邏輯單元外，還有嵌入式的RAM、PLL或者是DLL，專用的Hard IP Core等，這些模塊也能等效出一定規模的系統門，所以簡單科學的方法是用器件的Register或LUT的數量衡量。

3．數字時鐘管理模塊（DCM）

業內大多數FPGA 均提供數字時鐘管理（ 賽靈思公司的全部FPGA 均具有這種特性）。賽靈思公司推出最先進的FPGA 提供數字時鐘管理和相位環路鎖定。相位環路鎖定能夠提供精確的時鐘綜合，且能夠降低抖動，并實現過濾功能。

4. 嵌入式塊RAM（BRAM）

大多數FPGA都具有內嵌的塊RAM，這大大拓展了FPGA的應用范圍和靈活性。塊RAM可被配置為單端口RAM、雙端口RAM、內容地址存儲器 （CAM）以及FIFO等常用存儲結構。CAM存儲器在其內部的每個存儲單元中都有一個比較邏輯，寫入 CAM中的數據會和內部的每一個數據進行比較，并返回與端口數據相同的所有數據的地址，因而在路由的地址交換器中有廣泛的應用。除了塊RAM，還可以將 FPGA中的LUT靈活地配置成RAM、ROM和FIFO等結構。在實際應用中，芯片內部塊RAM的數量也是選擇芯片的一個重要因素。

內嵌的塊RAM

5.豐富的布線資源

布線資源連通FPGA內部所有單元，連線的長度和工藝決定著信號在連線上的驅動能力和傳輸速度。布線資源的劃分：

1）全局性的專用布線資源：以完成器件內部的全局時鐘和全局復位/置位的布線;

2）長線資源：用以完成器件Bank間的一些高速信號和一些第二全局時鐘信號的布線（這里不懂什么是“第二全局時鐘信號”）;

3）短線資源：用來完成基本邏輯單元間的邏輯互連與布線;

4）其他：在邏輯單元內部還有著各種布線資源和專用時鐘、復位等控制信號線。

由于在設計過程中，往往由布局布線器自動根據輸入的邏輯網表的拓撲結構和約束條件選擇可用的布線資源連通所用的底層單元模塊，所以常常忽略布線資源。其實布線資源的優化與使用和實現結果有直接關系。

FPGA內部互連布線

6、底層內嵌功能單元

內嵌功能模塊主要指DLL（Delay Locked Loop）、PLL（Phase Locked Loop）、DSP 等軟處理核（Soft Core）。現在越來越豐富的內嵌功能單元，使得單片FPGA 成為了系統級的設計工具，使其具備了軟硬件聯合設計的能力，逐步向SOC 平臺過渡。

DLL 和PLL 具有類似的功能，可以完成時鐘高精度、低抖動的倍頻和分頻，以及占空比調整和移相等功能。賽靈思公司生產的芯片上集成了DCM 和DLL，Altera 公司的芯片集成了PLL，Lattice 公司的新型芯片上同時集成了PLL 和DLL。PLL 和DLL 可以通過IP 核生成的工具方便地進行管理和配置。DLL 的結構如下圖所示。

典型的DLL模塊示意圖

7. 內嵌專用硬核

內嵌專用硬核是相對底層嵌入的軟核而言的，指FPGA處理能力強大的硬核（Hard Core），等效于ASIC電路。為了提高FPGA性能，芯片生產商在芯片內部集成了一些專用的硬核。例如：為了提高FPGA的乘法速度，主流的FPGA 中都集成了專用乘法器;為了適用通信總線與接口標準，很多高端的FPGA內部都集成了串并收發器（SERDES），可以達到數十Gbps的收發速度。