FPGA (Field Programable Gate Arrays - Ma trận cổng lập trỡnh được theo hàng) là một thiết bị bỏn dẫn bao gồm cỏc khối logic lập trỡnh được gọi là "Logic Block", và cỏc kết nối khả trỡnh. Cỏc khối logic cú thể được lập trỡnh để thực hiện cỏc chức năng của cỏc khối logic cơ bản như AND, XOR, hoặc cỏc chức năng kết hợp phức tạp hơn như decoder hoặc cỏc phộp tớnh toỏn học. Trong hầu hết cỏc kiến trỳc FPGA, cỏc khối logic cũng bao gồm cả cỏc phần tử nhớ. Đú cú thể là cỏc Flip- Flop hoặc những bộ nhớ hoàn chỉnh hơn.
Kiến trỳc tổng quan về FPGA được mụ tả như hỡnh 4.1:
Hỡnh 4.1 Kiến trỳc tổng quan của FPGA
I/O Blocks
Programmable Interconnects
Configurable Logic Blocks
Mạch FPGA được cấu thành từ cỏc bộ phận:
Cỏc khối logic cơ bản lập trỡnh được (logic block)
Phần tử chớnh của FPGA là cỏc khối logic (logic block). Khối logic được cấu thành từ LUT và một phần tử nhớ đồng bộ flip-flop. LUT (Look up table) là khối logic cú thể thực hiện bất kỡ hàm logic nào từ 4 đầu vào, kết quả của hàm này tựy vào mục đớch mà gửi ra ngoài khối logic trực tiếp hay thụng qua phần tử nhớ flip- flop.
Khối logic được mụ tả như hỡnh 4.2:
Hỡnh 4.2 Khối logic lập trỡnh được của FPGA
Trong tài liệu hướng dẫn của cỏc dũng FPGA của Xilinx cũn sử dụng khỏi niệm SLICE, 1 Slice gồm 4 khối logic tạo thành, số lượng cỏc Slices thay đổi từ vài nghỡn đến vài chục nghỡn tựy theo loại FPGA.
Hệ thống mạch liờn kết lập trỡnh được
Mạng liờn kết trong FPGA được cấu thành từ cỏc đường kết nối theo hai phương ngang và đứng, tựy theo từng loại FPGA mà cỏc đường kết nối được chia thành cỏc nhúm khỏc nhau, vớ dụ trong XC4000 của Xilinx cú 3 loại kết nối: ngắn, dài và rất dài. Cỏc đường kết nối được nối với nhau thụng qua cỏc khối chuyển mạch lập trỡnh được (programable switch), trong một khối chuyển mạch chứa một số lượng nỳt chuyển lập trỡnh được, đảm bảo cho cỏc dạng liờn kết phức tạp khỏc nhau. 4 F[4:1] A[4:1] D F-LUT FFX X XQ 4 G[4:1] A[4:1] D G-LUT FFY Y YQ
Khối vào/ra (IO Pads)
Khối vào/ra nhiều hay ớt là tuỳ thuộc vào từng loại FPGA. Chỳng cú thể được kết nối với cỏc thiết bị bờn ngoài như LED, USB, RS232, RAM....tuỳ theo mục đớch sử dụng
Cỏc phần tử tớch hợp sẵn
Ngoài cỏc khối logic, tựy theo cỏc loại FPGA khỏc nhau mà cú cỏc phần tử tớch hợp thờm khỏc nhau, vớ dụ để thiết kế những ứng dụng SoC, trong dũng Virtex 4, 5 của Xilinx cú chứa nhõn xử lý PowerPC, hay cho những ứng dụng xử lý tớn hiệu số trong FPGA được tớch hợp cỏc DSP Slice là bộ nhõn, cộng tốc độ cao, thực hiện hàm A*B+C, vớ dụ dũng Virtex của Xilinx chứa từ vài chục đến hàng trăm DSP slices với A, B, C 18-bit.