Veilog实践篇之CPLD教学教材.ppt

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1、Veilog实践篇之CPLD3.设计：采用自上而下的设计方法把整个设计项目划分成若干个模块，然后对各个模块分别进行设计。4.仿真：就是在设计的每一个阶段都要进行仿真，要对每一个设计子模块进行仿真。5.检验：就是要对整个设计项目进行检验。前言复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）已经日益成为每一个系统设计中十分重要的部分。历史回顾：可编程逻辑集成电路到专用集成电路ASIC1.可编程逻辑阵列（PLA）的输入和输出端均有反相器，以便获得取反的信号。与阵列或阵列输入端输出端可用外部触发器构成状态机。PLA的与阵列和或阵列中的每一个连接点，都可以被编程连接或是不连接。这样就可以

2、实现布尔函数。人们开发出了简易的高级语言---ABEL，PALASM和CUPL，可以把布尔方程转换为数据文件。例如：a=（b&！c）｜（b&！d&e）简易高级语言的出现为可编程器件开辟了一个新领域。在这里，逻辑可以用具有可读性的程序来描述。这种程序较之1，0编出来的程序，是一种更高级的程序。2.可编程阵列逻辑（PAL）由于a+b=（a’b’）’，所以，只要使用与和非就能代替所有的或运算。这样减少了或阵列的需要。节省的面积可以用来制造其他的基本逻辑器件，像多路开关、异或门和锁存器。最重要的是：可以把时钟控制元件（典型的就是触发器）也做到PAL里。这样一来，这些器件就可以实现大量的逻辑函数，包

3、括状态机所需要的时钟时序逻辑。2.可编程阵列逻辑（PAL）（续）见黑板上的PAL结构图：有圆点的地方表示交叉点已被编程。用或门表示固定个数的变量相或。一个时钟输入端用于触发器的时钟输入。触发器的输出既可以向片外驱动，也可以反馈回与阵列，以便于实现一个状态机。由于包含触发器，增大了PAL的复杂性和使用潜力，也产生了一种对新编程方法的需求。于是第一个HDL诞生了。简单的HDL包括ABEL，CUPL和PALASM。他们是Verilog和VHDL的先驱。Verilog和VHDL是复杂的多的语言，被用于FPGA，CPLD和ASIC的设计。2.掩膜门阵列ASIC（1）一个专用集成电路，或者叫ASIC，

4、他并不是可编程器件，但却是将技术开发引向CPLD和FPGA的重要先驱。一个工程师可以设计一片ASIC芯片，而不需要具有专门的半导体物理或半导体制造加工方面的知识。用两种内部结构之一来实现ASIC：门阵列或标准单元。由于门阵列与CPLD和FPGA有关，所以现在仅讨论门阵列。门阵列ASIC是由有规则的晶体管排列构造出的行列所组成的，围绕在芯片四周的小片就是I/O单元。这些单元包含了输入和输出缓冲器以及有限的晶体管。2.掩膜门阵列ASIC（2）阵列内核的内部，是基本的逻辑单元和门电路。其中每个单元均由一些少量的晶体管组成。这些晶体管未作链接。实际上，门阵列上所有的晶体管在初始时是根本不链接的。之

5、所以这样，是因为晶体管的连接完全取决于所要实现的设计任务。首先将各底层的逻辑功能连接在一起。例如，6只晶体管可以接成一个D触发器。这6只晶体管在物理位置上彼此靠的很近。当所有底层的逻辑功能实现以后，就可以按照顺序将他们连在一起。布局设计软件将会继续这个过程，直至完成整个设计方案。2.掩膜门阵列ASIC（3）ASIC的厂商制造了许多未连接成型的管芯片。这些管芯片包含了若干门阵列电路，可为任何门阵列的用户所使用。一块集成电路由多层材料所组成。其中包括半导体材料、绝缘体和导体。一个未连接的管芯片是用上述加工制造的。当然，不包括最后的金属层，因为金属层的作用是将各门电路连接在一起。一旦完成设计，厂

6、商只需对每个金属层进行照相掩膜，并将这最后的金属层加到管芯片上。于是就生产出了自己的芯片。如果设计中发现一个小错误，那样修改这个错误，并重新生产出新的ASIC芯片就需要花费很长时间和昂贵的生产费用。理想的情况是，硬件工程师需要的某种器件既具有ASIC优点（电路的高密度和高速度），同时具有一个可编程器件较短的转换功能时间。解决的办法来自于两种新型的器件：复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）。CPLD的工作速度与PAL一样快，但前者比后者更复杂。FPGA接近于门阵列的复杂程度，但是仍然可编程。CPLD结构和工艺PAL一样，FPGA的结构则类似于门阵列ASICCPLD和F

7、PGA很短的交货时间可编程的没有非循环工程的费用高密度性能实现许多逻辑函数速度相对较快PAL门阵列小结在开发出CPLD和FPGA之前，有几种可编程和用户半定制的技术。本节从回顾可编程器件（PLA，PAL）的结构、特性、用途及优缺点开始。这些器件均应用于CPLD和FPGA产生之前。然后，描述了ASIC，并考察了一种叫做门阵列的特殊类型ASIC结构的组成。之后，又讨论了一个门阵列的结构、特性、用途及优缺点。最后，简单地介绍了