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1、FPGA综述报告目录1町编程逻辑器件概述和发展历史11.1可编程逻辑器件概述11•2可编程逻辑器件的发展历史22FPGA简介32.1什么是FPGA32.2FPGA发展趙势32.3FPGA的组成和特点43FPGA原理和芯片结构53.1FPGAJL作原理53.1.1查找表的结构与工作原理63」.2基于查找表（LUT）的FPGA的结构63.1.3查找表结构的FPGA逻辑实现原理83.2FPGA的芯片结构93.3IP核简介124FPGA设计方法概论135FPGA设计中的关键技术和原则166相关芯片介绍176.1Vitrex-2系列176.2Virtex-2Pro系列186.3Vi
2、tex-4系列196.4Virtex-5系列207FPGA常见模块与技术217」DLL模块227.2数字频率合成器247.3数字移相器247.4数字频谱合成器247.5串化与解串技术257.6字对齐技术277.7通道绑定技术287.8预加重技术288FPGA与CPLD的区别301可编程逻辑器件概述和发展历史1.1可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件(ProgrammableLogicDevice,PLD)起源于20世纪70年代，是在专用集成电路(ASIC)的基础上发展起来的一种新型逻辑器件，是当今数字系统设计的主要硬件平台，其主耍特点就是完全由用户通过软件进行配置和编程，从而
3、完成某种特定的功能，且可以反复擦写。在修改和升级PLD时，不需额外地改变PCB电路板，只是在计算机上修改和更新程序，使硬件设计工作成为软件开发工作，缩短了系统设计的周期，提高了实现的灵活性并降低了成本，因此获得了广大硬件工程师的青睐，形成了巨大的PLD产业规模。D前常见的PLD产品有：编程只读存储器(ProgrammableReadOnlyMemory,PROM),现场可编程逻辑阵列(FieldProgrammableLogicArray,FPLA),可编程阵列逻辑(ProgrammableArrayLogic,PAL),通用阵列逻辑(GenericArrayLogic,
4、GAL),可擦除的可编程逻辑器件(ErasableProgrammableLogicArray,EPL7),复朵可编程逻辑器件(ComplexProgrammableLogicDevice,CPLD)和现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)等类型。PLD器件从规模上又可以细分为简单PLD(SPLD)、复杂PLD(CPLD)以及FPGA。它们内部结构的实现方法各不相同。可编程逻辑器件按照颗粒度可以分为3类:①小颗粒度(如「门海(seaofgates)”架构),②小等颗粒度(如：FPGA),③大颗粒度(如：CPLD)o按照编程工艺
5、可以分为四类：①熔丝(Fuse)和反熔丝(Antifuse)编程器件，②可擦除的可编程只读存储器(UEPROM)编程器件，③电信号可擦除的可编程只读存储器(EEPROM)编程器件(如：CPLD),④SRAM编程器件(如：FPGA)o在工艺分类屮，前3类为非易失性器件，编程后，配置数据保留在器件上；第4类为易失性器件，掉电后配置数据会丢失，因此在每次上电后需要重新进行数据配置。1.2可编程逻辑器件的发展历史可编程逻辑器件的发展可以划分为4个阶段，即从20世纪70年代初到70年代屮为第1阶段，20世纪70年代中至080年代中为第2阶段，20世纪80年代到90年代末为第3阶段，
6、20世纪90年代末到口前为第4阶段。第1阶段的可编程器件只有简单-的可编程只读存储器（PROM）、紫外线可擦除只读存储器（EPROM）和电可擦只读存储器（EEPROM）3利口由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。第2阶段出现了结构上稍微复杂的可编程阵列逻辑（PAL）和通用阵列逻辑（GAL）器件，正式被称为PLD,能够完成各种逻辑运算功能。典型的PLD由“与”、“非”阵列组成，用“与或”表达式来实现任意组合逻辑，所以PLD能以乘积和形式完成大量的逻辑组合。第3阶段Xilinx和Altera分别推出了与标准门阵列类似的FPGA和类似于PAL结构的扩展性CPLD,提高
7、了逻辑运算的速度，具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点，兼容了PLD和通用门阵列的优点，能够实现超大规模的电路，编程方式也很灵活，成为产品原型设计和中小规模（一般小于10000）产品生产的首选。这一阶段,CPLD、FPGA器件在制造工艺和产品性能都获得长足的发展，达到了0.18工艺和系数门数百万门的规模。第4阶段出现了SOPC和SOC技术，是PLD和ASIC技术融合的结果，涵盖了实吋化数字信号处理技术、高速数据收发器、复杂计算以及嵌入式系统设计技术的全部内容。Xilinx和Altera也推出了相应SOCFP
