可编程逻辑器件设计方法ppt课件.ppt

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1、2.1可编程逻辑器件基础2.1.1可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件（ProgrammableLogicDevice，PLD）起源于20世纪70年代，是在专用集成电路（ASIC）的基础上发展起来的一种新型逻辑器件，是当今数字系统设计的主要硬件平台.其主要特点:1、由用户通过软件进行配置和编程，从而完成某种特定的功能，且可以反复擦写；2、在修改和升级PLD时，不需额外地改变PCB电路板，只是在计算机上修改和更新程序，使硬件设工作成为软件开发工作，缩短了系统设计的周期，提高了实现的灵活性并降低了成本.可编程逻辑器

2、件PLD包含两个基本部分：逻辑阵列。逻辑阵列是设计人员可以编程的部分。输出单元或宏单元。设计人员可以通过宏单元改变PLD的输出结构。输入信号通过“与”矩阵，产生输入信号的乘积项组合，然后通过“或”矩阵相加，再经过输出单元或宏单元输出。以“与/或”阵列为基础的PLD器件包括4种基本类型：１、编程只读存储器（ProgrammableReadOnlyMemory，PROM）；２、现场可编程逻辑阵列（FieldProgrammableLogicArray，FPLA）；３、可编程阵列逻辑（ProgrammableAr

3、rayLogic，PAL）；４、通用阵列逻辑（GenericArrayLogic，GAL）；-PLD产品分类可编程逻辑器件按照颗粒度可以分为3类：小颗粒度（“门海（seaofgates）”架构）中等颗粒度（如：FPGA）大颗粒度（如：CPLD）-PLD产品分类按编程工艺可以分为四类：熔丝（Fuse）和反熔丝（Antifuse）编程器件，可擦除的可编程只读存储器（UEPROM）编程器件电信号可擦除的可编程只读存储器（EEPROM）编程器件（如：CPLD）SRAM编程器件（如：FPGA）。前3类为非易失性器件，

4、编程后，配置数据保留在器件上；第4类为易失性器件，掉电后配置数据会丢失，因此在每次上电后需要重新进行数据配置。2.1.2可编程逻辑器件的发展历史可编程逻辑器件的发展可以划分为4个阶段：20世纪70年代初到70年代中为第1阶段，20世纪70年代中到80年代中为第2阶段，20世纪80年代到90年代末为第3阶段，20世纪90年代末到目前为第4阶段。1、第1阶段的可编程器件只有3种：简单的可编程只读存储器（PROM）紫外线可擦除只读存储器（EPROM）电可擦只读存储器（EEPROM）缺点：结构的限制，它们只能完成简

5、单的数字逻辑功能。2、第2阶段正式被称为PLD：可编程阵列逻辑（PAL）器件通用阵列逻辑（GAL）器件典型的PLD：由“与”、“非”阵列组成，用“与或”表达式来实现任意组合逻辑，所以PLD能以乘积和形式完成大量的逻辑组合。3、第3阶段Xilinx和Altera分别推出了与标准门阵列类似的FPGA类似于PAL结构的扩展性CPLD优点：提高了逻辑运算的速度，具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点，兼容了PLD和通用门阵列的优点，能够实现超大规模的电路，编程方式也很灵活，成为产品原型设计和中小规

6、模（一般小于10000）产品生产的首选。4、第4阶段出现了SOPC和SOC技术，特点：是PLD和ASIC技术融合的结果，涵盖了实时化数字信号处理技术、高速数据收发器、复杂计算以及嵌入式系统设计技术的全部内容。Xilinx和Altera也推出了相应SOPC产品，制造工艺达到65nm/40nm，系统门数也超过百万门。并且，这一阶段的逻辑器件内嵌了硬核高速乘法器、Gbits差分串行接口、时钟频率高达500MHz的PowerPC微处理器、软核MicroBlaze、Picoblaze、Nios以及NiosII，不仅实

7、现了软件需求和硬件设计的完美结合，还实现了高速与灵活性的完美结合，使其已超越了ASIC器件的性能和规模，也超越了传统意义上FPGA的概念，使PLD的应用范围从单片扩展到系统级。2.2PLD芯片制造工艺1、熔丝连接技术最早的允许对器件进行编程的技术是熔丝连接技术。在这种技术的器件中，所有逻辑的连接都是靠熔丝连接的。熔丝器件是一次可编程的，一旦编程，永久不能改变。ab逻辑1&ab逻辑1&图2.1熔丝未编程的结构图2.2熔丝未编程的结构2、反熔丝连接技术未编程时，成高阻状态。编程结束后，形成连接。反熔丝器件是一次

8、可编程的，一旦编程，永久不能改变。ab逻辑1&ab逻辑1&图2.3熔丝未编程的结构图2.4熔丝编程后的结构3、SRAM技术基于静态存储器SRAM的可编程器件，值被保存在SRAM中时，只要系统正常供电信息就不会丢失，否则信息将丢失。SRAM存储数据需要消耗大量的硅面积，且断电后数据丢失。但是这种器件可以反复的编程和修改。4、掩膜技术ROM是非易失性的，系统断电后，信息被保留在存储单元中。掩膜器件可以读出，但是不能写