VHDL第2章可编程逻辑器件.ppt

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1、可编程逻辑器件概述1可编程逻辑器件的发展过程早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路(VLSIC，几万门以上)以及许多具有特定功能的专用集成电路。系统设计师们更愿意在实验室里就能设计出合适的芯片，因而出现了可编程逻辑器件。2可编程逻辑器件的发展过程早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存贮器(PROM)、紫外线可按除只读存贮器(EPROM)和电可擦除只读存贮器(EEPROM)三种。由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。特点：只能实现简单的逻辑功能(如何实现？)集成度不高，资源利用

2、率低3可编程逻辑器件的发展过程后来出现了PLA(可编程逻辑阵列)、PAL(可编程阵列逻辑)、GAL(通用阵列逻辑)，它们结构上较为复杂，即通常意义上的可编程逻辑器件(PLD)。特点：电路结构较为复杂实现逻辑功能的基本电路：与或阵列无法满足大规模数字系统设计的要求，只能替代固定功能的逻辑芯片4可编程逻辑器件的发展过程为了弥补PLD缺陷，LATTICE推出了类似于PAL结构的扩展型CPLD(ComplexProgrammableLogicDvice)和与标准门阵列类似的FPGA(FieldProgrammabl

3、eGateArray)。特点：体系结构和逻辑单元灵活集成度高以及适用范围宽。兼容了PLD和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路，编程也很灵活。开发周期较短(相对于ASIC)5可编程逻辑器件的发展过程PAL/GAL等：低密度、早期的PLD，在低端数字电路领域仍有大量的应用主要是替代74系列逻辑器件GAL器件的供应商主要是LatticeSemiconductorCPLD：能实现的逻辑功能比PAL/GAL有大幅度提高主要用于实现中等复杂程度、较高速度的逻辑功能主要供应商：Altera、Lattice、Xilin

4、xFPGA高达千万门的集成度应用与高速、高密度的高端数字系统设计领域主要供应商：Altera、Lattice、Xilinx、Atmel、Actel6可编程逻辑器件分类7按照集成度分类从集成度上分为低密度可编程逻辑器件(LDPLD)高密度可编程逻辑器件(HDPLD)历史上，GAL22V10是简单PLD和复杂PLD的分水岭。其集成度大致在500门～750门之间。如果按照这个标准，PROM、PLA、PAL和GAL属于低密度可编程逻辑器件。而CPLD和FPGA则属于高密度可编程逻辑器件。8按照集成度分类可编程逻辑器

5、件低密度可编程逻辑器件(LDPLD)PROMPLAPALGALEPLDCPLDFPGA高密度可编程逻辑器件(HDPLD)9按照集成度分类可编程只读存储器PROM。内部结构：由“与阵列”和“或阵列”组成。可以用来实现任何以“积之和”形式表示的各种组合逻辑。PROM采用熔丝工艺编程。其它形式：EPROM(紫外线擦除可编程只读存储器)和EEPROM(电擦写可编程只读存储器)。可编程逻辑阵列PLA(ProgrammableLogicArray)基于“与-或阵列”的一次性编程器件。内部的资源利用率低，现在已经不常使用

6、10按照集成度分类可编程阵列逻辑PAL(ProgrammableArrayLogic)内部结构：是由“与-或阵列”组成。PAL具有多种的输出结构形式。PAL采用熔断丝工艺，一旦编程后就不能再改写。通用可编程阵列逻辑GAL(GenericProgmm-mableArrayLogic)GAL器件和PAL器件相比，增加了一个可编程的输出逻辑宏单元OLMC。通过对OLMC配置可以得到多种形式的输出和反馈。GAL几乎完全代替了PAL器件。有代表性的GAL芯片是GAL22V10。11按照集成度分类EPLD(Erasab

7、leProgrammableLogicDevice)Altera公司20世纪80年代中期推出的一种大规模可编程逻辑器件。EPLD器件的基本逻辑单位是宏单元，它由可编程的与或阵列、可编程寄存器和可编程I/O三部分组成。其集成密度的提高，使其在一块芯片内能够实现较多的逻辑功能。12按照集成度分类CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)复杂可编程逻辑器件同EPLD相比，CPLD增加了内部连线，对逻辑宏单元和I/O单元也有重大的改进。CPLD器件至少包含二种结构：可编程逻宏单元；可编

8、程I/O单元和可编程内部连线。典型的CPLD器件有Xilinx的9500系列、coolrun-ner系列器件、Altera的MAX3000和MAII系列器件。13按照集成度分类FPGA(FieldProgrammableGateArray)现场可编程门阵列。1985年美国Xilinx公司首家推出的一种新型的可编程逻辑器件。结构上由逻辑功能块排列为阵列，并由可编程的内部连线连接这些功能块来实现一定的逻辑功能。使用S