cpld・とは？初心者が知っておくべき基本と使い方共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

はじめに

cpld とは Complex Programmable Logic Device の略語です。複数のロジックブロックと内部配線網を組み合わせて特定のデジタル回路を実現するプログラム可能な部品であり、設計者が用途に合わせて回路を作り変えられる点が大きな特徴です。

小規模から中規模の論理回路の実装に向くことが多く、外部機器とのインタフェースや信号の整形、簡単なシーケンス制御などの用途に使われます。ASIC のように完成品の回路を作るのではなく、必要な回路を一時的に実装して試作や小量生産を行いたいときに役立ちます。

構造と仕組み

CPLD の内部には、ロジックブロックと呼ばれる小さな回路群が集まっています。これらのブロックは基本的な論理演算を実行し、内部の配線網を使ってブロック同士を結びます。外部との信号のやり取りは I Oポート を通して行われます。これらの要素を組み合わせることで、任意のデジタル回路を作ることができます。

CPLD と FPGA との違い

CPLD は FPGA よりも規模が小さく、設計が比較的簡単であることが多いです。一方でFPGAはより大きな回路を実装できる一方、設計難易度や開発コストが高くなる傾向があります。つまり用途と規模に応じて最適な選択をすることが重要です。

使い方の流れ

一般的な流れは次のとおりです。

1. HDL などの記述言語で回路設計を記述する

2. ベンダーの設計ツールを使って論理を合成し、配置と配線を決定する

3. CPLD に書き込むためのプログラマーを用意し、書き込みを行う

4. 実機で動作を確認し、必要に応じて修正を加える

このサイクルを繰り返すことで、望む機能をハードウェアとして実現します。初めは小さな回路から始め、徐々に難易度を上げていくと理解が深まります。

実務での活用例

外部機器とのインタフェース回路の実装、信号の整形や同期、シーケンス制御などが CPLD の得意分野です。教育用の教材や電子工作のガイドとしても活躍します。低コストで短時間に回路を試作したい場合に特に有用です。

設計ツールと言語の紹介

CPLD の設計には HDL と呼ばれる記述言語を使うのが一般的です。VHDL や Verilog などが主な選択肢となります。設計ツールはベンダーごとに提供され、シミュレーション・合成・配置配線・プログラミングの機能を一つの環境で行えます。ツールには学習用のチュートリアルやサンプル回路が用意されていることが多く、初心者でも手順を追って学ぶことができます。

特徴を表で見る

特徴	CPLD	FPGA
用途の規模	小〜中規模	大規模
設計の難易度	比較的簡単	難しい
開発コスト	低め	高め
書換え回数の自由度	高いが限界あり	非常に高い
主な用途例	インタフェース実装補助回路	大規模な論理回路

まとめ

CPLD は ハードウェア設計の入門にも適したデバイスです。小さなロジックを組み合わせて動かす感覚を身につければ、電子工作や組み込み開発の理解が深まります。設計の流れを押さえ、適切なツールと言語を使って着実に学習を進めることが成功のコツです。

cpldの同意語

CPLD: Complex Programmable Logic Device（複雑プログラマブル論理デバイス）の略称。複数の論理ブロックを内蔵し、配線を組み替えて回路を実装できる、中容量帯のプログラマブル論理デバイスの一種です。
Complex Programmable Logic Device: CPLDの正式名称。中〜大容量のロジック回路を一つのチップに実装でき、FPGAほど大きくない規模のデバイスを指します。
複雑プログラマブル論理デバイス: CPLDを日本語で表現した名称の一つ。複数の論理ブロックを組み合わせて、ソフトウェア的に回路を再構成できるデバイスです。
複合型プログラマブル論理デバイス: CPLDと同義の日本語表現の一つ。複数の論理ブロックを組み合わせて実装するプログラマブル論理デバイスを指します。
PLD: Programmable Logic Deviceの略。プログラマブル論理デバイス全般を指す総称で、CPLDはこのカテゴリの一種です。

cpldの対義語・反対語

ASIC: 特定用途向けに設計・製造され、現場で再構成できない固定回路。
ソフトウェア実装: 同じ機能をハードウェアではなくソフトウェアとして実現する方法。ハードウェアの再構成を不要とするアプローチ。
固定論理回路: 事前に設計済みで、再構成や変更ができない固定的な論理回路。
アナログ回路: 連続値信号を扱う回路群で、デジタルの論理素子で構成されるCPLDとは異なる設計領域。
非プログラム可能: プログラムによって変更できない性質のハードウェア。CPLDのプログラム可能性の反対。
汎用CPU: ソフトウェアで機能を実現する一般用途の計算処理系。CPLDのデジタル論理をハードウェアとして構成することとは別の設計思想。

cpldの共起語

CPLD: 複合型プログラマブルロジックデバイス。小～中規模の論理回路を集積して実装するデバイスです。
マクロセル: CPLDの基本ブロック。内部で論理演算を組み合わせて小さな回路を作る単位です。
ゲートアレイ: 複数の論理ゲートを集約した構造。マクロセルと組み合わせて動作します。
FPGA: CPLDより大規模・高機能なプログラマブル論理デバイス。用途・設計難度が異なります。
PLD: Programmable Logic Deviceの総称。CPLDやFPGAが含まれます。
ビットストリーム: デバイスをプログラムする際の構成データをビット列として表現したもの。
構成データ: CPLDを動作させるために内部回路を設定するデータのこと。
非揮発性メモリ: CPLDの構成を電源を切っても保持する記憶領域。主に内部/外部に使用されます。
EEPROM: 電気的に消去・書換え可能な記憶。構成データの格納にも用いられる場合があります。
フラッシュメモリ: 非揮発性の構成データ記憶。長期保持に使われます。
構成ファイル: CPLDの動作に必要な設定データを含むファイル。
JTAG: 構成・デバッグ・プログラミングのためのインタフェース。多くのCPLDで標準的です。
SPI: Serial Peripheral Interface。シリアル通信で構成データを読み込む用途もある規格。
VHDL: ハードウェア記述言語の一つ。CPLD設計でよく使われます。
Verilog: ハードウェア記述言語の一つ。CPLD設計でよく使われます。
HDL: ハードウェア記述言語の総称。VHDL/Verilogなどが含まれます。
開発ツール: 設計・検証・実装を行うソフトウェア群。ツールごとに対応デバイスが異なります。
Xilinx ISE: Xilinx社の旧世代のCPLD/FPGA設計ツール。
Vivado: Xilinx社の新世代設計ツール。主に現代のFPGAを対象。
Intel Quartus / Altera Quartus: Intel/AlteraのCPLD/FPGA設計ツール。複数デバイスに対応。
MAX II: Intel/AlteraのCPLDファミリ名。低～中規模のロジックを集約します。
XC9500: XilinxのCPLDファミリの代表例。歴史的に広く使われました。
XC2Cxxx: XilinxのCPLDファミリ名。CoolRunnerなどが該当。
Lattice Diamond: Lattice社の設計ツール。LatticeのCPLD/PLD開発で使われます。
I/Oピン: CPLDに外部を接続する入出力端子。電圧レベルなどを設定します。
クロック: デジタル回路を同期させる基準信号。CPLD設計では遅延管理が重要です。

cpldの関連用語

CPLD: 複雑なプログラマブルロジックデバイス。小〜中規模の論理回路を集積して実装するデバイスで、非揮発性の構成メモリを内蔵しており、電源を切っても設定を保持します。
FPGA: Field-Programmable Gate Array。大容量・高密度の論理回路を実装できるデバイスで、LUTや高度な配線網を持ちます。
マクロセル: CPLDを構成する基本的な論理単位。通常、組み合わせ回路とフリップフロップを組み合わせて1つのセルとして機能します。
配線網: デザインの論理をデバイス内の各素子へ接続する、プログラマブルな内部配線。
構成メモリ: デバイスが起動時に自身の回路設定を読み込むための記憶領域。
非揮発性メモリ: 電源を切っても内容を保持するメモリ。CPLDの構成データの保存形式としてEEPROM、Flash、アンチフューズなどがある。
構成ビットストリーム: CPLDを動作させるための設定データのビット列。開発環境で設計をデバイスへ書き込む際に使用。
JTAG: 境界スキャン規格の通信インタフェース。プログラミング・デバッグ・検証に使われる。
HDL: ハードウェア記述言語。設計を高水準で表現し、合成ツールで回路に落とす。
VHDL: ハードウェア記述言語の一つ。強い型と明示的構文が特徴。
Verilog: ハードウェア記述言語の一つ。C言語風の記法で学びやすい。
合成: HDLで記述した設計を、実際の回路素子へ変換する過程。
配置とルーティング: 合成後の設計を、物理的な場所(セル)へ割り当て、配線を決定する工程。
I/Oバンク: 複数のI/Oピンをまとめて管理する大きなブロック。電圧規格や機能を共用する。
I/O標準: I/Oピンの電圧レベルや機能プロファイルを定義。例: 3.3V、2.5V、LVTTL など。
PLL: 位相同期回路。基準クロックから必要な周波数のクロックを生成・整列する。
DLL: 遅延同期回路。信号のタイミングを整える。
クロックツリー: 全体のクロック信号をデバイス内の各部へ等しく配布するための配線網。
ゲートカウント: デバイスの論理密度を表す尺度。マクロセル数やロジック要素数で表す。
シリアル構成: SPIなどのシリアル通信で構成データを読み込み、デバイスをプログラムする方式。
パラレル構成: 複数ビットを同時に読み込むパラレル構成。
アンチフューズ: 非揮発性構成を実現する一種の構成技術。物理的に導通/遮断を切り替える。
EEPROM: 電気的に書き換え可能な不揮発性メモリの一種。
Flash: 不揮発性メモリの一種。長期保存と高速アクセスを両立する。
MAX II: Altera（現Intel）製のCPLDファミリの一つ。
MAX V: Alteraの比較的新しいCPLDファミリ。低消費電力で中規模のロジックに適する。
XC9500: Xilinxの古いCPLDファミリの一つ。
CoolRunner: Xilinxが提供していた低消費電力CPLDファミリの総称。
ispMACH: LatticeのCPLDファミリのひとつ。
MachXO: Latticeの現行CPLDファミリの名称。