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1、1999年第2期·专题综述· FPGA及其电子设计自动化龚向东 (南昌大学)[摘要]简述可编程逻辑器件及其设计方法的发展概况,重点介绍现场可编程门阵列(FPGA)及其电子设计自动化方法,并对今后的发展进行评估。关键词:可编程逻辑器件 现场可编程门阵列 电子设计自动化 硬件描述语言复杂的逻辑,目前已成为应用最为广泛的一类1 可编程逻辑器件的发展简况PLD器件。70年代初出现了可编程逻辑器件(PLD),发展至今已包括简单PLD(SPLD)、复杂PLD(CPLD)和现场可编程门阵列(FPGA)等各类器件,其共同特点是器
2、件内部硬件资源可由用户借助计算机辅助设计方法现场编程构造为所需的ASIC,因此提高了系统硬件设计的灵活性,并可缩短设计周期,降低设计成本,为复杂系统快速设计实现提供了可能。SPLD和CPLD的主要区别在于其集成度较低,通常只图1 数字IC及PLD体系概图有数百门的逻辑规模。SPLD根据内部可编程2FPGA及其特点阵列连线方式的不同,又可分为可编程逻辑阵列(PLA)、可编程阵列逻辑(PAL)、通用阵列逻1985年美国Xilinx公司推出第一片FPGA辑(GAL)和PROM器件等(图1)。CPLD基本以来,至今已有多家
3、公司开发销售自己的FP2上可视为多个SPLD的单片集成,它们普遍采GA产品,主要有Actel、Altera、Atmel、Cross2用电可写编程技术(EPLD或EEPLD),其规模point、Quicklogic和Lattice等,还有AMD、可达十万门以上。SPLD和CPLD的主要优点AT&T、TI和Motorola等著名公司。从所采用是器件内部延时可以预知,故容易消除竞争冒的现场编程技术来看,FPGA主要可分为险,便于设计使用,但其可编程“与阵”和“或阵”结构使芯片内的表1XilinxFPGA的典型参数逻辑功能
4、受到限制,影响了设计器件系列等效门数触发器数I/O数配置程序量(1000)(比特)的灵活性。80年代中期出现的XC2000112～118122～17458～7412038～17838FPGA采用不同于SPLD/CPLDXC3000/XC3100210～915256～132064～17614779～94984的结构,此类器件主要由可编程XC4000210～25256～256064～25631628～422128逻辑单元和可编程互连网络构XC4000E310～20360～201680～22453936～329304成,
5、逻辑单元用于实现各种逻辑XC4000EX28～1252560～10336256～544665000～2820640和存储功能,并可通过互连网络XC52002～15256～193684～24472704～241664相互连结,其最后形成的逻辑层XC62009～982304～16384192～51266000～480000次数目没有限制,因而能实现更·15·©1995-2003TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. ·专题综述·电子科技导报 SRA
6、M型、反熔丝型和EPROM/EEPROM型了Spartan系列FPGA,芯片上已包含SRAM,三类。SRAM型FPGA可以无限次地编程构其结构也便于实现各种数字芯核,包括微处理造,因此特别适于数字系统的研究开发;反熔丝器、ROM、DSP、外围设备微控制器以及片上存型FPGA是一次可编程(OTP)器件,可以有相储器和边界扫描测试(BST)等具有知识产权的对较高的集成度和工作速度,EPROM/EEP2芯核。ROM型FPGA具有多次可编程性,其中EEP2(4)FPGA的在线可编程(ISP)技术及动态ROM型FPGA便于实
7、现在线可编程系统。目重构技术进一步提高了FPGA的应用灵活性前,Xilinx公司具有最大的FPGA市场份额且和资源利用率,便于实现多功能硬件和自适应同时拥有这三类FPGA器件。从1985年至今,硬件系统。系统中采用基于EEPROM或Flash该公司已推出基于SRAM的系列FPGA(见表编程工艺的FPGA,可以直接装载配置程序数1)以及基于EPROM/EEPROM的XC7200、据,从而实现用户逻辑的在线设计和修改。动XC7300系列FPGA和反熔丝型XC8100系列态重构FPGA最早由Atmel公司推出,这种FPG
8、A,表1列出了SRAM型各系列产品内部FPGA采用类似高速缓冲存储器(Cache)技术结构的主要特征。XilinxFPGA的发展反映了的Cache逻辑,可将前台逻辑构造数据下载到当前FPGA的技术水平及其如下特点。FPGA里,而后台逻辑配置程序数据则存在片(1)FPGA器件品种多,可用于不同的应用外存储器中,待需要时再切入前台对FPGA进场合。表1中8个系列
