FPGA课件.ppt

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1、《可编程逻辑器件设计》（可编程逻辑器件及应用）教材：《FPGA设计基础》王传新高等教育出版社《复杂可编程逻辑器件及数字系统应用》自编课时：32学时(实验：16学时)授课教师：王晓飞第一章概论第一节可编程逻辑器件的产生及优点1．标准集成电路(非用户定制电路)标准集成电路系列：主要完成一些基本的通用功能。如各种门电路、触发器、译码器等。软件组态标准电路：硬件本身不足以完成所需功能，要靠软件驱动。如各类CPU等。存在问题：从厂家生产、用户使用角度来讲，厂家根据市场调研制定出自己的生产计划(包括芯片的种类和数量)并有产品手册供用户选型；用户根据自己的需要购买芯片。往往出现这样的问

2、题：厂家常常出现“供过于求”，用户则发现“供非我所求”。结果：这种情况最终导致了专用集成电路ASIC(ApplicationSpecifiedIntegratedCircuit)的产生和发展。一、集成电路的分类第一章概论第一节可编程逻辑器件的产生及优点一、集成电路的分类2．专用集成电路(用户定制电路)全定制电路：厂家根据用户要求，从晶体管级开始设计，做到各项电气指标符合用户要求。显然它的设计试制周期短、成本高。半定制电路：设计与生产过程的某些部分可以“预先设计”、“预先加工”、“预先制作”并为用户选用，这是共享部分；另一方面，版图的布局、布线和最终形成的版图是按照用户要求

3、定制的，不能共享。它缩短了生产周期，降低了成本。存在问题：有些用户要求ASIC的产品品种多而数量少，或要求芯片生产周期极短，以便自己的产品尽快投放市场，这时用户定制电路就显得力不从心，成本高且周期长，用户既用不起也等不及。结果：这种情况导致当前半导体器件和集成电路的生产增长量略呈下降趋势，而此时用户再构造电路异军突起，新工艺、新结构层出不穷。第一章概论第一节可编程逻辑器件的产生及优点一、集成电路的分类3.可编程逻辑器件PLD—ProgrammableLogicDevice(用户再构造电路)一次可编程逻辑器件OTPLD(OneTimePLD)：代表产品：可编程只读存储器PRO

4、M(ProgrammableReadOnlyMemory)；可编程逻辑阵列PAL(ProgrammableArrayLogic)。存在问题：这种器件最大缺点是只能编程一次。而一个电路设计工作者很难作到一次成功，总希望允许修改和调整自己设计的电路。结果：促成了EPLD的诞生。第一章概论第一节可编程逻辑器件的产生及优点一、集成电路的分类3.可编程逻辑器件PLD—ProgrammableLogicDevice(用户再构造电路)可擦除可编程逻辑器件EPLD—ErasablePLD：代表产品：属于紫外线擦除的EPROM；属于电擦除的EEPROM；通用逻辑阵列GAL(GenericAr

5、rayLogic)。存在问题：该类器件的主要特点是可多次编程、多次擦除。尽管在编程特性上做了很大的改进，但在集成容量、功耗、速度、逻辑器件设计的灵活性上均不能满足要求。结果：为满足现代数字系统的大容量、高速度、现场灵活编程设计的要求，产生了CPLD。第一章概论第一节可编程逻辑器件的产生及优点一、集成电路的分类3.可编程逻辑器件PLD—ProgrammableLogicDevice(用户再构造电路)复杂可编程逻辑器件CPLD—ComplexPLD现场可编程门阵列FPGA—FieldProgrammableGateArray在系统可编程ISP—InSystemProgramma

6、bility)该类器件出现于80年代中期，90年代初期开始逐渐为我国专业人士认识和使用。它是一种由用户决定其电路结构的复杂可编程逻辑器件，在计算机系统前可现场设计、现场编程、现场配置、现场修改、现场验证、从而现场实现数字系统的单片化设计与应用。第一章概论第一节可编程逻辑器件的产生及优点一、集成电路的分类4．可编程模拟器件PAD—ProgrammableAnalogicalDevice(用户再构造电路)现代数字系统组成：CPU（DSP）+RAM（FM）+FPGA第一章概论第一节可编程逻辑器件的产生及优点二、复杂可编程逻辑器件的优点1.成本低：因其具有标准集成电路生产和投放市场量

7、大的特点。2.周期短：这种器件是具有一定连线结构的已封装好的全功能芯片，即内部电路只做了少量最基本连接，管脚也绝大多数没有定义，芯片内部为用户提供了大量的连线资源，用户可根据自己的需要编程设计，用户既是使用者，也参与设计和制造过程，而这种设计和制造时间多则几天、少则几小时。3.集成度高：属于大规模和超大规模集成电路，易于实现设备小型化。数字系统采用FPGA前后的情况4.功耗低速度快：采用CMOS工艺，内核趋于1.6V，功耗低；翻转速率可达上百MHz。5.保密性好：可加密。6.编程性能好：上万次改写原则上