fpga中边界扫描电路的设计

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1、第一章引言弟一早jI曰纵观数字集成电路的发展历史，经历了从电子管、晶体管、小规模集成电路到大规模以及超大规模集成电路等不同的阶段。发展到现在，主要有3类电子器件：存储器、处理器和逻辑器件。存储器用于存储信息；处理器执行软件指令，以便完成各种任务；而逻辑器件可以提供特殊功能。其中，逻辑器件分成两类：一是固定的或定制的，二是可编程的或可变的【11。固定的或定制的逻辑器件通常称为专用芯片(ApplicationSpecificIntegratedCircu“，即ASIC)。ASIC是为了满足特定的用途而设计

2、的芯片，其优点是通过固化的逻辑功能和大规模的工业化生产，降低了芯片的成本，同时提高了产品的可靠性。随着集成度的提高，ASIC的物理尺寸也在不断地缩小【2】。但是，ASIC设计的周期很长，而且投资大，风险高。一旦设计结束后，功能就固化了，使以后升级改版的困难比较大。电子产品市场正在逐渐细分，为了满足快速产品开发，产生了现场可编程逻辑器件，即现场可编程门阵列【3】[41。1．1现场可编程门阵列FPGA的概述1．1．1FPGA的简介现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammableGateArra

3、y)是PAL、GAL、CPLD等可编程器件进一步发展的产物，它既解决了定制电路的不足，又克服了原有类型的可编程器件门电路数目有限的缺点。由于FPGA产品具有上市时间短、设计成本低、便于升级与重复使用的特点，目前其应用越来越广泛【5J。FPGA的基本结构如图1．1所示，它主要由以下三个基本模块构成：可配置逻辑块CLB(ConfigurableLogicBlock)，互连通道IR(InterconnectRoute)和输入输出块IOB(I／OBlock)。CLB可以用来实现所需要的任意的组合逻辑或者时序逻

4、辑；IR用来实现CLB之间的信号连接，IR也是可编程的，FPGA根据CLB间的距离决定采用何种类型的IR资源将其连接，并且能够将多个CLB串接起来形成更大的逻辑功能；IOB用作可编程的输入与输出，它必须还具备高速、低功耗的特点16J17j。电子科技大学硕士学位论文图1-1FPGA的基本结构1．1．2FPGA的国内外研究现状目前，国外的FPGA的设计技术和加工工艺成熟，产品门类齐全，可以提供上百个系列品种，芯片集成度已达到上百万门，并广泛应用于通信、航天、航空、导航、遥感、遥测、程控交换机等军、民用领域

5、。目前，国内外可编程逻辑器件被美国几家著名大公司所垄断。经过近二十年的积累，其技术力量十分雄厚。器件尺寸达到65nm，规模达到千万门级。各公司在宇航和军用电子元器件的发展十分迅速。世界排名前四的可编程器件供应商分别为Xilinx、Altem、Actel、Lattice，这几家可编程设计公司是全球领先的可编程逻辑完整解决方案的供应商。目前，国内系统整机使用的FPGA器件大多依靠进口，被国外公司所垄断，并且进货渠道狭窄，产品价格昂贵。在可编程逻辑器件领域中，国内还处于起步阶段，国内多家研制单位作了大量基础

6、性的工作，并取得了阶段性的科研成果，为可编程逻辑器件的发展奠定了坚实的技术基础。但是到目fi{『为止，国内的FPGA芯片设计仍然主要集中在3万．10万系统可用门数的学术性芯片研究设计方面，尚无能够真正符合工业、商业应用需求的成熟产品出现。1．1．3FPGA的发展动向自1984年Xilinx公司推出了第一片现场可编程逻辑器件至今，FPGA已经经2第一章引言历了20几年的发展历程。特别是近几年来，更是发展迅速。FPGA的逻辑规模已经从最初的1000个可用门发展到现在的1000万个可用门【8J。随着芯片设计

7、工艺水平的不断提高，FPGA技术呈现出了以下4个主要的发展动向：(1)基于FPGA的嵌入式系统(SoPC)技术正在成熟；(2)FPGA芯片向高性能、高密度、低压和低功耗的方向发展；(3)基于IP库的设计方法；(4)FPGA的动态可重构技术【9】[10】[ill。在密度、功能、结构、速度和灵活性方面，FPGA必将得到更为深入的发展。FPGA的集成度也必将随着工艺和结构的改进得到进一步的提高，从而进一步完善其性能，逐渐降低其成本。在现代电子系统设计中，FPGA占据着越来越重要的地位。总而言之，FPGA具有

8、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，可实现较大规模的电路，编程也很灵活。与其它ASIC相比，它们具有设计开发周期短、设计制造成本低、开发工具先进、标准产品无需测试、质量稳定以及可实时在线检验等优点。与PAL、GAL器件相比，它的优点是可以实时地对内置的SRAM或EPROM编程，以实时地改变器件功能，实现现场可编程(基于EPROM型)或在线重配置(基于SRAM型)。因此，FPGA被广泛应用于产品的原型设计和