可編程邏輯器件基礎(chǔ)(已修改)
2025-01-08 07:19 本頁(yè)面
【正文】 第 2章 可編程邏輯器件基礎(chǔ) EDA技術(shù)與 VHDL設(shè)計(jì) 可編程邏輯器件基礎(chǔ) 可編程邏輯器件（ Programmable Logic Device，簡(jiǎn)稱 PLD）是 20世紀(jì) 70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型邏輯器件，它是大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD）、計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)（ CAM）和計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（ CAT）相結(jié)合的一種產(chǎn)物，是現(xiàn)代數(shù)字電子系統(tǒng)向著超高集成度、超低功耗、超小型封裝和專用化方向發(fā)展的重要基礎(chǔ)。 概述 PLD器件的基本結(jié)構(gòu) CPLD/FPGA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 可編程邏輯器件的編程元件 可編程邏輯器件的基本資源 可編程邏輯器件的測(cè)試技術(shù) 可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 可編程邏輯器件基礎(chǔ) 可編程邏輯器件是一種由用戶編程實(shí)現(xiàn)所需功能的半定制集 成電路 ， 近年來(lái)發(fā)展十分迅速 ， 已在國(guó)內(nèi)外的計(jì)算機(jī)硬件 、 工業(yè) 控制 、 智能儀表 、 數(shù)字視聽(tīng)設(shè)備 、 家用電器等領(lǐng)域得到了廣泛的 應(yīng)用 。 可編程邏輯器件與 EDA技術(shù)的結(jié)合 ， 使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員與芯片設(shè)計(jì)人員的相互滲透 ， 從而快速 、 方便地構(gòu)建數(shù)字系統(tǒng) 。 學(xué)習(xí) ASIC技術(shù) ， 掌握可編程邏輯器件的設(shè)計(jì)方法 ， 已成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須具備的基本技能之一 。 概述 綜觀可編程邏輯器件的發(fā)展情況，大體可以分為六個(gè)發(fā)展階段： （ 1） 20世紀(jì) 70年代初，熔絲編程的可編程只讀存儲(chǔ)器 PROM和可編程邏輯陣列 PLA是最早的可編程邏輯器件。 （ 2） 20世紀(jì) 70年代末，對(duì) PLA器件進(jìn)行了改進(jìn)， AMD公司推出了可編程陣列邏輯。 （ 3） 20世紀(jì) 80年代初， Lattice公司發(fā)明了電可擦寫(xiě)的、比 PAL器件使用更靈活的通用可編程陣列邏輯 GAL。 （ 4） 20世紀(jì) 80年代中期， Xilinx公司提出了現(xiàn)場(chǎng)可編程的概念，同時(shí)生產(chǎn)出了世界上第一個(gè) FPGA器件。 （ 5） 20世紀(jì) 80年代末， Lattice公司又提出了在系統(tǒng)可編程的概念，即 ISP技術(shù)，并且推出了一系列的具備在系統(tǒng)可編程能力的 CPLD器件。 （ 6）進(jìn)入 20世紀(jì) 90年代以后，集成電路技術(shù)進(jìn)入到飛速發(fā)展的時(shí)期。并且出現(xiàn)了內(nèi)嵌復(fù)雜功能塊（如加法器、乘法器、 RAM、PLL CPU核、 DSP核等）的超大規(guī)模器件 SOPC（ System On a Programmable Chip）。 ? 按集成度分類 集成度是集成電路一項(xiàng)很重要的指標(biāo)，如果從集成密度上分類，可分為低密度可編程邏輯器件（ LDPLD）和高密度可編程邏輯器件（ HDPLD）。 可編程邏輯器件分類 可編程邏輯器件 低密度可編程邏輯 器件 （ LDPLD） 高密度可編程邏輯 器件 （ HDPLD） PROM EPLD CPLD FPGA PLA PAL GAL ? 按器件結(jié)構(gòu)分類 ? 乘積項(xiàng)結(jié)構(gòu)器件。其基本結(jié)構(gòu)為“與 — 或陣列”的器件。大部分簡(jiǎn)單的 PLD和 CPLD都屬于這個(gè)范疇。 ? 查找表結(jié)構(gòu)器件。其基本結(jié)構(gòu)類似于“門(mén)陣列”的器件，它由簡(jiǎn)單的查找表組成可編程邏輯門(mén)，再構(gòu)成陣列形式。大多數(shù)FPGA屬于此類器件。 可編程邏輯器件分類 ? 按編程工藝分類 ? 熔絲（ Fuse）型器件。 ? 反熔絲（ Antifuse）型器件。 ? UEPROM型器件，即紫外線擦除 /電可編程器件。 ? E2PROM編程器件，即電可擦寫(xiě)編程器件。 ? SRAM型器件，即 SRAM查找表結(jié)構(gòu)的器件。 ? Flash型器件。 可編程邏輯器件分類 ? 縮短研制周期，整個(gè)設(shè)計(jì)通常只需幾天便完成，縮短了產(chǎn)品研制周期，有利于產(chǎn)品的快速上市。 ? 降低設(shè)計(jì)成本，采用可編程邏輯器件為降低投資風(fēng)險(xiǎn)提供了合理的選擇途徑，它不需掩膜制作費(fèi)用，在設(shè)計(jì)的初期或在小批量的試制階段，其平均單片成本遠(yuǎn)低于門(mén)陣列。 ? 提高設(shè)計(jì)靈活性，可編程邏輯器件是一種由用戶編程實(shí)現(xiàn)芯片功能的器件，與由工廠編程的掩膜 ASIC相比，具有更好的設(shè)計(jì)靈活性。 可編程邏輯器件的優(yōu)勢(shì) ? 向高密度 、 大規(guī)模的方向發(fā)展 。 ? 向系統(tǒng)內(nèi)可重構(gòu)的方向發(fā)展 。 ? 向低電壓 、 低功耗的方向發(fā)展 。 ? 向高速可預(yù)測(cè)延時(shí)器件的方向發(fā)展 。 ? 向混合可編程技術(shù)方向發(fā)展 。 可編程邏輯器件的發(fā)展趨勢(shì) ? 基本結(jié)構(gòu) ? PLD器件種類較多，不同廠商生產(chǎn)的 PLD器件結(jié)構(gòu)差別較大，本節(jié)選擇 PLD器件中一些具有代表性的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明其實(shí)現(xiàn)的主要邏輯功能。圖中所示為 PLD器件的基本結(jié)構(gòu)框圖，它由輸入緩沖電路、與陣列、或陣列、輸出緩沖電路等四部分組成。 PLD器件的基本結(jié)構(gòu) 輸 入緩 沖電 路與陣列或陣列輸 出緩 沖電 路輸入輸出 ? 基本結(jié)構(gòu) ? 依據(jù)可編程的部位可將 PLD器件分為可編程只讀存儲(chǔ)器 PROM、可編程邏輯陣列 PLA、 可編程陣列邏輯 PAL、 通用陣列邏輯 GAL等四種最基本的類型 ， 如表所示 。 PLD器件的基本結(jié)構(gòu) 器件名 與
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