EDA技术及应用-VHDL版 第三版 教学课件 作者 潭会生 第1-3章第2章.ppt

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1、第2章大规模可编程逻辑器件2.1可编程逻辑器件概述2.2Lattice公司的CPLD和FPGA器件2.3Altera公司的CPLD和FPGA器件2.4Xilinx公司的CPLD和FPGA器件2.5CPLD和FPGA的编程与配置2.6FPGA和CPLD的开发应用选择2.1可编程逻辑器件概述2.1.1PLD的发展进程最早的可编程逻辑器件出现在20世纪70年代初，主要是可编程只读存储器(PROM)和可编程逻辑阵列(PLA)。20世纪70年代末出现了可编程阵列逻辑(ProgrammableArrayLogic，简称PAL)器件。20世纪80年代初期，美国Lattic

2、e公司推出了一种新型的PLD器件，称为通用阵列逻辑(GenericArrayLogic，简称GAL)，一般认为它是第二代PLD器件。随着技术进步，生产工艺不断改进，器件规模不断扩大，逻辑功能不断增强，各种可编程逻辑器件如雨后春笋般涌现，如PROM、EPROM、EEPROM等。随着半导体工艺不断完善，用户对器件集成度要求不断提高，1985年，美国Altera公司在EPROM和GAL器件的基础上，首先推出了可擦除可编程逻辑器件EPLD(ErasablePLD)，其基本结构与PAL/GAL器件相仿，但其集成度要比GAL器件高得多。而后Altera、Atmel、Xi

3、linx等公司不断推出新的EPLD产品，它们的工艺不尽相同，结构不断改进，形成了一个庞大的群体。但是从广义来讲，可擦除可编程逻辑器件(EPLD)可以包括GAL、EEPROM、FPGA、ispLSI或ispEPLD等器件。最初，一般把器件的可用门数超过500门的PLD称为EPLD。后来，器件的密度越来越大，许多公司把原来称为EPLD的产品都称为复杂可编程逻辑器件CPLD(ComplexProgrammableLogicDevices)。现在，一般把所有超过某一集成度的PLD器件都称为CPLD。当前CPLD的规模已从取代PAL和GAL的500门以下的芯片系列，发

4、展到5000门以上，现已有上百万门的CPLD芯片系列。随着工艺水平的提高，在增加器件容量的同时，为提高芯片的利用率和工作频率，CPLD从内部结构上作了许多改进，出现了多种不同的形式，功能更加齐全，应用不断扩展。在EPROM基础上出现的高密度可编程逻辑器件称为EPLD或CPLD。在系统可编程的概念，首先由美国的Lattice公司提出，而且，该公司已将其独特的ISP技术应用到高密度可编程逻辑器件中，形成了ispLSI(insystemprogrammableLargeScaleIntegration，在系统可编程大规模集成)和pLSI(可编程大规模集成)逻辑器件

5、系列。ispLSI在功能和参数方面都与相对应的pLSI器件相兼容，只是增加了5V在系统可编程与反复可编程能力。ispLSI和pLSI产品既有低密度PLD使用方便、性能可靠等特点，又有FPGA器件的高密度和灵活性，具有确定可预知的延时、优化的通用逻辑单元、高效的全局布线区、灵活的时钟机制、标准的边界扫描功能、先进的制造工艺等优势，其系统速度可达154MHz，逻辑集成度可达1000～14000门，是一种比较先进的可编程专用集成电路。2.1.2PLD的分类方法1．从结构的复杂度分类从结构的复杂度上一般可将PLD分为简单PLD和复杂PLD(CPLD)，或分为低密度P

6、LD和高密度PLD(HDPLD)。通常，当PLD中的等效门数超过500门时，则认为它是高密度PLD。传统的PAL和GAL是典型的低密度PLD，其余(如EPLD、FPGA和pLSI/ispLSI等)则称为HDPLD或CPLD。2．从互连结构上分类从互连结构上可将PLD分为确定型和统计型两类。确定型PLD提供的互连结构每次用相同的互连线实现布线，所以，这类PLD的定时特性常常可以从数据手册上查阅而事先确定。这类PLD是由PROM结构演变而来的，目前除了FPGA器件外，基本上都属于这一类结构。统计型结构是指设计系统每次执行相同的功能，却能给出不同的布线模式，一般无

7、法确切地预知线路的延时。所以，设计系统必须允许设计者提出约束条件，如关键路径的延时和关联信号的延时差等。这类器件的典型代表是FPGA系列。3．从可编程特性上分类从可编程特性上可将PLD分为一次可编程和重复可编程两类。一次可编程的典型产品是PROM、PAL和熔丝型FPGA，其他大多是重复可编程的。其中，用紫外线擦除的产品的编程次数一般在几十次的量级，采用电擦除方式的产品的编程次数稍多些，采用E2CMOS工艺的产品，擦写次数可达上千次，而采用SRAM(静态随机存取存储器)结构产品，则被认为可实现无限次的编程。4．从可编程元件上分类最早的PLD器件(如PAL)大多

8、采用的是TTL工艺，但后来的PLD器件(如GAL、E