第二章 可編程邏輯器件

1、第二章第二章 可編程邏輯器件可編程邏輯器件第二章第二章 可編程邏輯器件可編程邏輯器件 2.1 可編程邏輯器件概述2.2 復雜可編程邏輯器件CPLD2.3 現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA2.4 可編程邏輯器件的設計流程第二章第二章 可編程邏輯器件可編程邏輯器件2.1 可編程邏輯器件概述 可編程邏輯器件（Programmable Logic Device, 簡稱PLD）是20世紀70年代發(fā)展起來的一種新的集成器件。它可由用戶根據(jù)自己要求來構造邏輯功能的數(shù)字集成電路，用戶利用計算機輔助設計，即用原理圖或硬件描述語言（HDL）等方法來表示設計思想，經(jīng)過編譯和仿真，生成相應的目標文件，再由編程器或下載電纜將

2、設計文件配置到目標器件中，可編程器件（PLD）變成能滿足用戶要求的專用集成電路，同時還可以利用PLD的可重復編程能力，隨時修改器件的邏輯，通過軟件來實現(xiàn)電路的邏輯功能，而無須改變硬件電路。第二章第二章 可編程邏輯器件可編程邏輯器件211 可編程邏輯器件的發(fā)展歷程可編程邏輯器件的發(fā)展歷程可編程邏輯器件的發(fā)展過程大致如下：(1) 70年代，熔絲編程的PROM和PLA器件是最早的可編程邏輯器件。(2) 70年代末，對PLA進行了改進，AMD公司推出PAL器件。(3) 80年代初，Lattice公司發(fā)明電可擦寫的、比PAL使用更靈活的GAL器件。(4) 80年代中期，Xilinx公司提出現(xiàn)場可編程概念

3、，同時生產(chǎn)出了世界上第一片F(xiàn)PGA。(5) 80年代末，Lattice公司又推出在系統(tǒng)可編程技術，并且推出了一系列具備在系統(tǒng)可編程能力的CPLD器件。(6) 進入90年代后，可編程邏輯集成電路技術進入飛速發(fā)展時期。器件的可用邏輯門數(shù)超過了百萬門，并出現(xiàn)了內嵌復雜功能模塊（如加法器、乘法器、RAM、CPU核、DSP核、PLL等）的SoPC（System on Programmable Chip）。 第二章第二章 可編程邏輯器件可編程邏輯器件2.1.2. PLD的分類的分類 可編程邏輯器件的分類沒有一個統(tǒng)一的標準。目前生產(chǎn)PLD的廠家主要有Altera、Lattice、Xilinx、Actel等公

4、司。按其結構的復雜程度及性能的不同，可編程邏輯器件一般可分為四種：SPLD、CPLD、FPGA及ISP器件。第二章第二章 可編程邏輯器件可編程邏輯器件2.2 復雜可編程邏輯器件（復雜可編程邏輯器件（CPLD） 復雜可編程器件CPLD基本結構與PAL/GAL相仿，是基于與或陣列的乘積項結構，但集成度要高得多。CPLD大都是由E2PROM和Flash工藝制造的，可反復編程，一上電就可以工作，無須其他芯片配合。 Altera 公司是全球最大的CPLD和FPGA供應商之一，它的PLD器件和開發(fā)軟件在國內應用的非常廣泛，本節(jié)將以Altera 公司應用較為廣泛的MAX7000系列器件為例來介紹復雜可編程器

5、件CPLD。第二章第二章 可編程邏輯器件可編程邏輯器件2.2.1 Altera 公司公司MAX7000系列系列 MAX7000系列是高密度、高性能的CMOS CPLD; MAX7000系列是在Altera公司的第二代MAX結構基礎上 構成，采用了CMOS E2PROM 技術制造的; MAX7000系列CPLD包括了從含有32個宏單元的7032到含有512個宏單元的7512一系列芯片; MAX7000系列可細分為MAX7000，MAX7000E; MAX7000S，MAX7000A四個品種。 MAX7000系列可以用于混合電壓的系統(tǒng)中，其開發(fā)系統(tǒng)主要是Altera公司的MAX+PLUSII及Qu

6、artusII軟件。第二章第二章 可編程邏輯器件可編程邏輯器件MAX7000系列器件的結構 第二章第二章 可編程邏輯器件可編程邏輯器件 2.2.2 MAX7000系列器件編程系列器件編程 MAX7000系列器件是基于電可擦除存儲單元EEPROM或Flash技術進行編程的。CPLD被編程后改變了電可擦除存儲單元中的信息，掉電后可保持編程信息不丟失，但編寫次數(shù)有限，編程的速度不快。 CPLD的編程可以使用專用的編程設備，也可使用下載電纜，進行在系統(tǒng)編程（ISP）。在系統(tǒng)編程ISP（In System Programming）就是當系統(tǒng)上電并正常工作時，通過下載電纜. 。第二章第二章 可編程邏輯器件

7、可編程邏輯器件2.3 現(xiàn)場可編程門陣列（現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA） 現(xiàn)場可編程門陣列FPGA是20世紀80年代出現(xiàn)的一種新型可編程邏輯器件。它由若干獨立的可編程邏輯模塊組成，用戶可以通過編程將這些模塊連接成所需要的數(shù)字系統(tǒng)。因為這些模塊的排列形式和門陣列（Gate Array）中單元的排列形式相似，所以沿用了門陣列的名稱。FPGA屬高密度的PLD，其集成度非常高，多用于大規(guī)模邏輯電路的設計。 第二章第二章 可編程邏輯器件可編程邏輯器件2.3.1 Altera 公司公司FLEX10K系列系列 FLEX10K是Altera公司1995年推出的一個新的產(chǎn)品系列，并首次集成了嵌入式存儲塊，可為用戶提

8、供多達24KB的片內RAM，以滿足存儲器密集型應用的需要。FLEX10K系列FPGA包括了從10K10到10K250一系列芯片，它們分別提供了1萬到25萬個門，每個FLEX10K器件包括一個嵌入式陣列和一個邏輯陣列。嵌入式陣列用來實現(xiàn)各種不同的存儲功能或復雜的邏輯功能，如RAM、FIFO等。邏輯陣列完成如計數(shù)器、加法器、多路選擇器等通用邏輯。嵌入式陣列和邏輯陣列的結合提供了嵌入式門陣列的高性能和高密度，可以使設計者在某個器件上實現(xiàn)一個完整的系統(tǒng) 第二章第二章 可編程邏輯器件可編程邏輯器件FLEX10K系列器件的結構第二章第二章 可編程邏輯器件可編程邏輯器件2.3.2 現(xiàn)場可編程門陣列FPGA的

9、配置 FPGA的配置是指：經(jīng)過用戶設計輸入并經(jīng)過開發(fā)系統(tǒng)編譯后產(chǎn)生的配置數(shù)據(jù)文件，將其裝入FPGA芯片內部的可配置存儲器的過程，即FPGA器件編程數(shù)據(jù)的下載。只有經(jīng)過邏輯配置后，F(xiàn)PGA才能實現(xiàn)用戶需要的邏輯功能。 Altera公司的FPGA器件有兩類配置下載方式： 主動配置方式 被動配置方式。 Altera公司提供了一系列FPGA專用配置器件，即EPC型號的存儲器， 第二章第二章 可編程邏輯器件可編程邏輯器件2.3.3 Altera公司其他公司其他FPGA產(chǎn)品簡介產(chǎn)品簡介（1）FLEX6000 采用5V/3.3V SRAM工藝，屬較低價格的FPGA產(chǎn)品.（2）ACEX1K是2000年推出的2

10、.5V低價格SRAM工藝的FPGA，結構與FLEX10K類似帶嵌入式存儲塊EAB，部分型號帶鎖相環(huán)PLL，主要有1K10、1K30、1K50、1K100等幾種類型。（3）APEX20K是99年推出的采用2.5/1.8V SRAM工藝的FPGA， 帶EAB、PLL、內容尋址寄存器CAM、低電壓差動信號LVDS，其規(guī)模從3萬門到150萬門不等。（4）APEXII 是APEX的高密度SRAM工藝的FPGA，規(guī)模超過APEX，支持LVDS、PLL、CAM，用于高密度設計。（5） Stratix 是Altera公司最新一代SRAM工藝大規(guī)模FPGA，內嵌DSP模塊，每個DSP模塊可實現(xiàn)4個99乘法/累加器，內部RAM