VHDL硬件描述语言与数字系统开发(第2章).ppt

《VHDL硬件描述语言与数字系统开发(第2章).ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、硬件描述语言与数字系统开发第2章可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件及其发展SPLD的基本结构与逻辑表示四种简单PLD简介CPLD结构原理FPGA结构原理第2章可编程逻辑器件概述2.1可编程逻辑器件及其发展可编程逻辑逻辑器件PLD是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的影响丝毫不亚于20世纪70年代单片机的发明与使用。可编程逻辑器件能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的74系列电路，都可以用可编程逻辑器件来实现。可编程逻辑器件如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法或硬件描述语言，

2、自由地设计一个数字系统，通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性，还可以利用PLD的在线修改能力，随时修改设计。使用可编程逻辑器件来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少芯片面积，提高系统的可靠性。可编程逻辑器件的这些优点使得可编程逻辑器件技术在20世纪90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言HDL(HardwareDescriptionLanguage)的进步。PLD的分类----按集成度分类1．熔丝(Fuse)型器件。2．反熔丝(Anti-fuse)型器件。3．EPROM型。4．EEP

3、ROM型。5．SRAM型。6．Flash型。PLD的分类----按编程工艺分类PLD的发展历程熔丝编程的PROM和PLA器件AMD公司推出PAL器件GAL器件FPGA器件EPLD器件CPLD器件内嵌复杂功能模块的SoPC早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存储器(PROM)、紫外线可擦除只读存储器(EPROM)和电可擦除只读存储器(EEPROM)三种，它们由全译码的与阵列和可编程的或阵列组成，由于阵列规模大，速度低，主要用途是作存储器用。20世纪70年代中期，出现了一类结构上稍显复杂的可编程芯片，称为可编程逻辑阵列PLA(

4、ProgrammableLogicArray)。它由可编程的与阵列和可编程的或阵列组成，虽然阵列规模增大，提高了芯片的利用率，但由于编程复杂,支持PLA的开发软件有一定难度，因而也没有得到广泛应用。20世纪70年代末，美国一公司率先提出了可编程阵列逻辑器件PAL(ProgrammableArrayLogic)。PAL由可编程的与阵列和固定的或阵列构成，采用熔丝编程方式、双极型工艺制造。PAL在器件的工作速度、输出结构种类上较早期的可编程逻辑器件有了很大进步，但由于其输出方式固定不能重新组态，所以编程灵活性较差，又由于采用

5、的是PROM工艺，只能一次性编程，使用者仍要承担一定风险。20世纪80年代中期，Lattice公司发明了通用阵列逻辑GAL(GenericArrayLogic)。它和PAL的区别在于GAL的输出电路可以组态，且大多采用UVCMOS或EECMOS工艺，实现了重复编程，通常可擦写百次以上，甚至上千次。由于GAL芯片具有很强的灵活性，设计风险小，可以取代大部分SSIC、MSIC和PAL器件，所以在20世纪80年代得到广泛应用。这些早期可编程逻辑器件的一个共同特点是都属于低密度PLD，结构简单，设计灵活，但规模小，难以实现复杂的

6、逻辑功能。其后，随着集成电路工艺水平的不断提高，PLD突破了传统的单一结构，向着高密度、高速度、低功耗以及结构体系更灵活、适用范围更宽的方向发展，相继出现了各种不同结构的高密度PLD：20世纪80年代中后期，Altera公司推出了一种新型的可擦除、可编程逻辑器件EPLD(ErasableProgrammableLogicDevice)，它采用CMOS和UVEPROM工艺制作，集成度比PAL和GAL高得多，设计也更加灵活，但内部互联能力比较弱。1985年Xilinx公司首家推出了现场可编程门阵列器件FPGA(FieldPr

7、ogrammableGateArray)，它是一种新型的高密度PLD，采用CMOS—SRAM工艺制作，其结构和阵列型PLD不同，内部由许多独立的可编程逻辑模块组成，逻辑模块之间可以灵活地相互连接，具有密度高、编程速度快、设计灵活和可再配置设计等许多优点。FPGA出现后立即受到世界范围内电了工程师的普遍欢迎，并得到迅速发展。20世纪80年代末，Lattice公司提出在系统可编程ISP(InSystemProgrammable)技术后，相继出现了一系列具备在系统可编程能力的复杂可编程逻辑器件CPLD(ComplexProgr

8、ammableLogicDevice)，CPLD是在EPLD的基础上发展起来的，它采用EECMOS工艺制作，增加了内部联线，改进了内部结构体系，从而比EPLD性能更好，设计更加灵活，其发展也非常迅速。不同厂家对可编程逻辑器件的叫法也不尽相同。Xilinx公司把基于查找表技术，SRAM工艺，要外挂配置用的EEPROM的