EDA技术及应用第2章 可编程逻辑器件ppt课件.ppt

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1、第2章可编程逻辑器件2．1．可编程逻辑器件概述2．2CPLD的结构与工作原理2．3Xilinx公司XC4000系歹UFPGA简介2．4CPLD／FPGA开发应用选择思考题与习题20世纪80年代以来出现了发展迅猛的新型集成电路，可编程逻辑器件(ProgrammableLogicDevices，PLD)。它们是一种由用户根据自己要求来构造逻辑功能的数字集成电路。一般可利用计算机辅助设计，即用原理图、状态机、布尔方程、硬件描述语言(HDL)等方法来表示设计思想。经一系列编译或转换程序，生成相应的目标文件，再由编程器或下载电缆将设计文件配置到目标文件中。2．1．可编程逻辑器件概述

2、（1）最早的可编程逻辑器件(ProgrammableLogicArray，PLA)组成--全译码的与阵列可编程的或阵列其阵列规模大、速度低，主要用途是作为存储器。(2)可编程逻辑阵列(ProgrammableArrayLogic，PAL)组成--可编程的与阵列可编程的或阵列(固定)它由可编程的与阵列和固定的或阵列组成。2．1．可编程逻辑器件概述PALPLA2.2.3PROM可编程原理PROM表达的PLD阵列图2.2.4PALPAL结构：PAL的常用表示：2.2.7GAL寄存器输出结构寄存器模式组合双向输出结构2．1．可编程逻辑器件概述(3)通用阵列逻辑(GenericAr

3、rayLogic，GAL)熔丝编程方式。具有可擦除、可重复编程、数据可长期保存和可重新组合结构等优点。GAL比PAL使用更加灵活，因而在20世纪80年代得到广泛的应用。2．1．可编程逻辑器件概述(4)可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，FPGA)a)它是一种新型的高密度PLD。内部由许多独立的可编程逻辑模块组成，逻辑块之间灵活地相互连接。b)具有密度高、编程速度快、设计灵活等可再配置设计能力等许多优点。c)器件的可用逻辑门数超过了百万门，并出现了内嵌复杂功能模块(如加法器、乘法器、RAM、CPU核、DSP核、PLI。等)2.1.2目前流行可

4、编程器件的特点(2)低功耗(3)模拟可编程(4)含多种专用端口和附加功能模块的FPGA(1)大规模2.1.3可编程逻辑器件的基本结构和分类1．可编程逻辑器件的基本结构可编程逻辑器件的基本结构是:组成------与阵列和或阵列(核心)输入缓冲电路和输出电路-------------------------------------------------------------与阵列用来产生乘积项或阵列用来产生乘积项之和形式的函数。输入缓冲电路可以产生输入变量的原变量和反变量输出结构可以是组合输出、时序输出或是可编程输出2.1.3可编程逻辑器件的基本结构和分类2．可编程逻辑器

5、件的分类可编程逻辑器件的分类按其复杂程度及结构的不同，可编程逻辑器件一般可分为4种：SPLD、CPLD、FPGA和ISP器件。简单可编程逻辑器件(SPLD)包括可编程只读存储器(PROM)、可编程逻辑阵列(PLA)、可编程阵列逻辑(PAL)通用阵列逻辑(GAL)。GALl6V8GAL22V102.2.4PAL一种PAL16V8的部分结构图2.2.5GAL图2-18GAL16V8的结构图(2)复杂可编程逻辑器件复杂PLD为逻辑板块编程，即以逻辑宏单元部的与或阵列和外围的输入／输出模块。不但实现了除简单逻辑控制之外的扩大了在整个系统中的应用范围和扩展性。（3）现场可编程门阵列

6、(FPGA)是由用户自行定义配置的高密度专用集成电路它将定制的VLSI电路的单片逻辑集成优点和用户可编程逻辑器件的设计灵活、工艺实现方便、产品上三处结合起来；器件采用逻辑单元阵列结构，静态随机存取存储工艺，设计灵活，可重复编程，并可现场模拟调试验证。（4）在系统编程（ISP）逻辑器件在系统可编程逻辑器件（IN-SystemProgrammablePLD）在系统可编程(ISP)逻辑器件结合传统的PLD器件的易用性、高性能和FPGA的灵活性、高三特点，可在系统内进行编程。3可编程逻辑器件的互连结构PLD的互连结构有确定型和统计型两类4可编程逻辑器件的编程特性及编程元件可编程逻

7、辑器件的编程特性有一次可编程和重复可编程两类2.1.4PLD相对于MCU的优势所在(1)运行速度(2)复位(3)程序“跑飞”1．MCU经常面临的难题2.1.4PLD相对于MCU的优势所在(1)高速性(时钟延迟仅纳秒级)(2)高可靠性(下载于同一芯片中)(3)编程方式(采用JTAG在系统配置编程方式)2．CPLD／FPGA的优势(4)标准化设计语言(标准的硬件描述语言)2.2CPID的结构与工作原理PLD(ErasablePLD)，其基本结构与PAL／GAL相仿，但集成度要高得多。近年来器件密度越来越高，所以许多公司把原来的EP