可编程逻辑器件应用

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1、第12章可编程逻辑器件应用1可编程逻辑系统系统设计如何入门FPGA是基于硬件可编程的器件，设计方法与CPU和DSP有本质的区别；设计者需要掌握硬件描述语言，还要具备硬件的概念和调试的经验，才能设计出高质量的FPGA系统FPGA系统涉及到：FPGA的结构原理、电路硬件设计与调试、硬件描述语言（HDL）、开发工具EDA软件、仿真验证技术以及FPGA与其他处理器的互联接口技术等。FPGA最好的入门方法---实践。初期阶段：看书+软件仿真；实践阶段：结合FPGA开发板，将自己的设计在FPGA硬件系统上运行。FPGA最小系统

2、：含电源、下载接口，引出全部IO，用户自行设计外部电路。2可编程逻辑系统设计技术背景目前数字系统设计领域公认的基础性技术CPU、DSP、FPGAFPGA技术发展迅速，正在逐渐融合CPU和DSP的功能；FPGA已经广泛应用在如无线基站、千兆网络路由器、智能手机、便携式产品等领域。在我们的全国竞赛中，FPGA的作用主要定位在时序信号产生、前端信号采集、高速控制、数据并行处理等方面，作为辅助控制器与MSP430或DSP协同运行，不做单独的处理器来使用。3FPGA与ASICASIC：指固定的或定制的逻辑器件（专用集成电路）

3、---如MP3专用解码芯片优点：通过固化的逻辑功能和大规模的工业化生产，芯片成本大幅度降低，可靠性高；缺点：设计周期长，投资大，风险高，设计投产后不可更改。FPGA的诞生解决了ASIC存在的这些不足，满足了快速产品开发的需要。第一片FPGA：Xilinx公司1984年推出，20多年的发展，FPGA的可用门从当初的1000余个可用门，发展到现在的1000万个以上的可用门。容量提升了1万倍。FPGA解决了电子系统小型化、低功耗、高可靠性的问题，开发周期短、投入少，芯片价格不断下降。4FPGA技术发展趋向1、基于FPGA

4、的嵌入式系统（SoPC）技术正在成熟；2、FPGA芯片向高性能、高密度、低压和低功耗方向发展；3、基于IP库的设计方法；FPGA的设计者只需要寻找适合项目需要的IP库资源，然后将这些IP整合起来，完成顶层模块设计。整个项目的仿真和验证工作主要就是验证IP库的接口逻辑设计正确性。4、FPGA的动态可重构技术。指对于特定结构的FPGA芯片，在一定的控制逻辑的驱动下，对芯片的全部或部分逻辑资源实现高速的功能变换，从而实现硬件的时分复用，节省逻辑资源。51、PLD器件概述(3/3)---主流CPLD与FPGACPLD：基于

5、乘积项结构，基本结构为“与-或阵列”；FPGA：基于查找表结构，由简单的查找表构成可编程门，再构成阵列形式（FPGA数据掉电后丢失，CPLD掉电保持）CPLDFPGA内部结构Product-termLook-upTable程序存储内部EEPROMSRAM，外挂EEPROM资源类型组合电路资源丰富触发器资源丰富集成度低（几十-数万门级）高（百万门级）使用场合完成逻辑控制完成比较复杂的算法速度慢快其他资源EEPROMEAB，锁相环保密性可加密一般不能加密62、CPLD的结构与可编程原理（1/2）CPLD即复杂可编程逻辑

6、器件，是早期GAL器件的改进。Altera的MAX7000系列具有典型性，以此为例，进行简介MAX7000系列包含32-256个宏单元，每16个宏单元组成一个逻辑阵列块（LAB）每个宏单元含有一个可编程的“与”阵列和固定的“或”阵列，以及一个可配置寄存器。每个宏单元共享扩展乘积项和高速并联扩展乘积项，它们可向每个宏单元提供多达32个乘积项，以构成复杂的逻辑函数。73、FPGA的结构与工作原理---简介（1/3）多数FPGA采用基于SRAM的查找表逻辑形成结构，即利用SRAM（静态随机存储器）来构成逻辑函数发生器；一

7、个N输入查找表（LUT）可以实现N个输入变量的任何逻辑功能；Altera的Cyclone系列器件成本低、性价比高，结构和工作原理具有典型性；Cyclone器件主要由逻辑阵列块（LAB）、嵌入式存储器块、IO单元和PLL等模块构成；每个LAB有多个LE（LogicElement，逻辑单元）构成；LE是CycloneFPGA器件的最基本可编程单元；LE主要由一个4输入的查找表LUT、进位链逻辑和一个可编程的寄存器构成。83、FPGA的结构与工作原理---结构（2/3）93、FPGA的结构与工作原理---结构（3/3）其

8、它详细结构及工作原理请读者自行阅读教材P26-P3210芯片与外接电路的接口部分可编程逻辑的主体，可以根据设计灵活地改变其内部连接与配置，完成不同的逻辑功能用作数据存储，可配置为单端口RAM，双口RAM,FIFO等连通FPGA内部所有单元，连线长度和工艺决定信号驱动能力和传输速度通用程度较高的嵌入式功能模块，如PLL、DSP、CPU等11PLL的作用：完成时