2018數(shù)字電路chapterfpga基礎(chǔ)知識(shí)

可編程邏輯器件－PLD可編程邏輯器件邏輯器件：用來實(shí)現(xiàn)某種特定邏輯功能的電子器件，最簡(jiǎn)單的邏輯器件是與、或、非門（74LS00，74LS04等），在此基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的時(shí)序和組合邏輯功能?？删幊踢壿嬈骷≒LD－－ProgrammableLogicDevice）：器件的功能不是固定不變的，可根據(jù)用戶需要進(jìn)行改變，即由編程的方法來確定器件的邏輯功能。參考書夏聞?dòng)睿琕erilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程，北京航空航天大學(xué)出版社；王金明，數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與VerilogHDL，電子工業(yè)出版社；楊暉，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷c數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，北京航空航天大學(xué)出版社；褚振勇，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社。采用中小規(guī)模器件的局限電路板面積很大，芯片數(shù)量很多，功耗很大，可靠性低－－(需要能提高芯片的集成度)設(shè)計(jì)比較困難－－(需要能方便地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤)電路修改很麻煩－－(需要能提供方便的修改手段)數(shù)字電路回顧PLD出現(xiàn)的背景電路集成度不斷提高SSIMSILSIVLSI計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使EDA技術(shù)得到廣泛應(yīng)用設(shè)計(jì)方法的發(fā)展自下而上自上而下用戶需要設(shè)計(jì)自己需要的專用電路專用集成電路（ASIC－ApplicationSpecificIntegratedCircuits）開發(fā)周期長(zhǎng)，投入大，風(fēng)險(xiǎn)大可編程器件PLD：開發(fā)周期短，投入小，風(fēng)險(xiǎn)小PLD器件的優(yōu)點(diǎn)集成度高，可以替代多至幾千塊通用IC芯片極大減小電路的面積，降低功耗，提高可靠性具有完善先進(jìn)的開發(fā)工具提供語(yǔ)言、圖形等設(shè)計(jì)方法，十分靈活通過仿真工具來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性可反復(fù)地擦除、編程，方便設(shè)計(jì)的修改和升級(jí)靈活地定義管腳功能，減輕設(shè)計(jì)工作量，縮短系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間保密性好主要PLD生產(chǎn)廠家最大的PLD供應(yīng)商之一FPGA的發(fā)明者，最大的PLD供應(yīng)商之一ISP技術(shù)的發(fā)明者提供軍品及宇航級(jí)產(chǎn)品可編程邏輯器件(PLD)

可編程陣列邏輯(PAL）可編程邏輯陣列(PLA)

FPGACPLD早期FPGA現(xiàn)在PLD器件的分類－按集成度低密度PROM,EPROM,EEPROM,PAL,PLA,GAL只能完成較小規(guī)模的邏輯電路高密度，已經(jīng)有超過400萬(wàn)門的器件EPLD,CPLD,FPGA可用于設(shè)計(jì)大規(guī)模的數(shù)字系統(tǒng),集成度高，甚至可以做到SOC（SystemOnaChip）PLD器件的分類－按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基于與或陣列結(jié)構(gòu)的器件－陣列型PROM，EEPROM，PAL，GAL，CPLD基于查找表的器件－單元型FPGAPLD器件的分類－按編程工藝 熔絲或反熔絲編程器件－Actel的FPGA器件體積小，集成度高，速度高，易加密，抗干擾，耐高溫只能一次編程，在設(shè)計(jì)初期階段不靈活SRAM－大多數(shù)公司的FPGA器件可反復(fù)編程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)重構(gòu)每次上電需重新下載，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需外掛EEPROM用于保存程序EEPROM－大多數(shù)CPLD器件可反復(fù)編程不用每次上電重新下載，但相對(duì)速度慢，功耗較大數(shù)字電路的基本組成任何組合電路都可表示為其所有輸入信號(hào)的最小項(xiàng)之和或者最大項(xiàng)之積的標(biāo)準(zhǔn)形式。時(shí)序電路包含記憶器件（觸發(fā)器），其反饋信號(hào)和輸入信號(hào)通過邏輯關(guān)系共同決定輸出信號(hào)。PLD的邏輯符號(hào)表示方法與門乘積項(xiàng)PROM結(jié)構(gòu)與陣列為全譯碼陣列，器件的規(guī)模將隨著輸入信號(hào)數(shù)量n的增加成2n指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。因此PROM一般只用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，不適于實(shí)現(xiàn)邏輯函數(shù)。EPROM(可擦寫可編程只讀存儲(chǔ)器)和EEPROM(電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器)用PROM實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)的函數(shù)為：固定連接點(diǎn)（與）編程連接點(diǎn)（或）與陣列可編程使輸入項(xiàng)增多，或陣列固定使器件簡(jiǎn)化。PAL結(jié)構(gòu)ProgrammableArrayLogicAnBnCnAnBnCnAnBnCnAnBnCnAnBnAnCnBnCn用PAL實(shí)現(xiàn)全加器查找表的基本原理實(shí)際邏輯電路LUT的實(shí)現(xiàn)方式

a,b,c,d輸入邏輯輸出地址RAM中存儲(chǔ)的內(nèi)容00000000000001000010....0...01111111111N個(gè)輸入的邏輯函數(shù)需要2的N次方容量的SRAM實(shí)現(xiàn)，一般多個(gè)輸入的查找表采用多個(gè)邏輯塊級(jí)連的方式查找表Y=ABC+A’CD’令A(yù)=A3B=A2C=A1D=A0A3A2A1A0YA3A2A1A0Y00000100000001010010001011010000110101100100011000010101101001101111010111011111查找表Y=sinXX=0,5,10,15,……A6A5A4A3A2A1A0YA6A5A4A3A2A1A0Y0000000Sin0(0)0001000Sin55(0.819)0000001Sin5(0.087)0001001Sin60(0.866)0000010Sin10(0.173)0001010Sin65(0.906)0000011Sin15(0.258)0001011Sin70(0.939)0000100Sin20(0.342)0001100Sin75(0.965)0000101Sin25(0.422)0001101Sin80(0.984)0000110Sin30(0.500)0001110Sin85(0.996)0000111Sin35(0.573)0001111Sin90(1.000)0001000Sin40(0.642)0010000Sin95(0.996)0001001Sin45(0.707)0010001Sin100(0.984)0001010Sin50(0.766)…………

LE，CycloneII結(jié)構(gòu)的最小邏輯單元。它可提供先進(jìn)的高效邏輯利用率。每個(gè)LE特征：1.四輸入查找表（LUT）2.一個(gè)可編程寄存器3.進(jìn)位鏈連接4.寄存器鏈連接5.驅(qū)動(dòng)所有類型的內(nèi)部鏈接6.支持寄存器包7.支持寄存器反饋

CycloneII

FPGA

的LELogicElements(LE)CPLD與FPGA的區(qū)別CPLDFPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)Product－termLook－upTable程序存儲(chǔ)內(nèi)部EEPROMSRAM,外掛EEPROM資源類型組合電路資源豐富觸發(fā)器資源豐富集成度低高使用場(chǎng)合完成控制邏輯能完成比較復(fù)雜的算法速度慢快其他資源－EAB，鎖相環(huán)保密性可加密一般不能保密PLD器件的命名與選型EPM7

128

S

L

C

84－10EPM7：產(chǎn)品系列為EPM7000系列128：有128個(gè)邏輯宏單元S：電壓為5V，A為3.3V，B為2.5VL：封裝為PLCC，Q代表PQFP等C：商業(yè)級(jí)（Commercial）0～70度，

I：工業(yè)級(jí)（Industry），－40～85度

M：軍品級(jí)（Military），－55～125度84：管腳數(shù)目10：速度級(jí)別PLD器件的命名與選型管腳的定義特殊功能的管腳電源腳VCC和GND，VCC一般分為VCCINT和VCCIO兩種JTAG管腳：實(shí)現(xiàn)在線編程和邊界掃描配置管腳（FPGA）：用于由EEPROM配置芯片信號(hào)管腳專用輸入管腳：全局時(shí)鐘、復(fù)位、置位可隨意配置其功能為：輸入、輸出、雙向、三態(tài)在系統(tǒng)編程技術(shù)ISP

InSystemProgram未編程前先焊接安裝減少對(duì)器件損傷不計(jì)較封裝形式系統(tǒng)內(nèi)編程--ISP在系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)重編程修改允許現(xiàn)場(chǎng)硬件升級(jí)迅速方便地升級(jí)ISP功能提高設(shè)計(jì)和應(yīng)用的靈活性樣機(jī)制造方便支持生產(chǎn)和測(cè)試流程中的修改不需專門編程器在系統(tǒng)編程技術(shù)ISP

InSystemProgramTerasicDE1-SoCDevelopmentKitTerasicDE1-SoCDevelopmentKitAlter