《EDA技术及应用》第2章大规模可编程逻辑器件.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2.5CPLD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Lattice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

2、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，如PROM、EPROM、EEPROM等。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。Altera、Atmel、Xilinx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(EPL

3、D)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。规模已从取代PAL和GAL的500门以下的芯片系列，发展到5000门以上，现已有上百万门的CPLD芯片系列。在系统可编程的概念，首先由美国的Latt

4、ice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)逻辑器件系列。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PLD和高密度PLD

5、(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

6、相同的功能，却能给出不同的布线模式，一般无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

7、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)大多采用的是TTL工艺，但后来的PLD器件(如GAL、EPLD、FPGA及pLSI/ISP器件)都采用MOS工艺(如NMOS、CMOS、E2CMOS等)。目前，一般有五种编程元件：①熔丝型开关(一次可编程，要求大电流)；②可编程低阻电路元件(多次可编程，要求中电压)；③EPROM的编程元件(需要有石英窗口，紫外线擦除)；④EEPROM的编程元件；⑤基于SRAM的编程元件。2.1.3常用CPLD和FPGA

8、标识的含义1．CPLD和FPGA标识概说CPLD/FPGA产品上的标识大概可分为以下几类：(1)用于说明生产厂家的。如Lattice、Altera、Xilinx是其公司名称。(2)注册商标。如MAX是为Altera公司其CPLD产品MAX系列注册的商标。(3)产品型号。如EPM7128SLC84-15，是Altera公司的一种CPLD(EPLD)的型号，是需要重点掌握的。(4)产品序列号。用于说明产品生产过程中的编号，是产品身份的标志，相当于人的身份证。(5)产地与其