【文章內(nèi)容簡介】 控制，因而使用更加靈活。 2．可編程I／O單元 輸入／輸出單元，簡稱I／O單元(或IOC)，它是內(nèi)部信號到I／O引腳的接口部分。由于陣列型HDPLD通常只有少數(shù)幾個(gè)專用輸入端，大部分端口均為1／O端，而且系統(tǒng)的輸入信號常常需要鎖存。因此I/O常作為一個(gè)獨(dú)立單元來處理。圖1．14(a)是Lattice ispLI1016的I/O結(jié)構(gòu)圖，它由三態(tài)輸出緩沖器、輸入緩沖器 輸入寄存器／鎖存器和幾個(gè)可編程的數(shù)據(jù)選擇器組成。觸發(fā)器有兩種工作方式：當(dāng)R/L為高電平時(shí)，它被設(shè)置成邊沿觸發(fā)器；而當(dāng)R/L為低電平時(shí)，它被設(shè)置成鎖存器。MUX1用于控制三態(tài)輸出緩沖器的工作狀態(tài)，MUX2用于選擇輸出信號的傳送通道，MUX3用來選擇輸出極性。MUX4用于輸入方式的選擇：在異步輸入方式下，輸入信號直接經(jīng)輸入緩沖器送到全局布線區(qū)的輸入端；在同步輸入方式下，輸入信號加到觸發(fā)器的輸入端，必須等時(shí)鐘情號IOCLK到達(dá)后才能被存入觸發(fā)器，并經(jīng)過輸入緩沖器加到全局布線區(qū)。MUX5和MUX6用于時(shí)鐘信號的來源和極性的選擇。根據(jù)這些數(shù)據(jù)選擇器編程狀態(tài)的組合，得到各種可能的IOC組合如圖1．14(b)所示。 Lattice ispLI1016的I/O結(jié)構(gòu)圖Fig. Lattice ispLI1016 the I/O chart 3．可編程連線陣列可編程連線陣列的作用是在各邏輯宏單元之間以及邏輯宏單元和I／O單元之間提供互連網(wǎng)絡(luò)。各邏輯宏單元通過可編程連線陣列接收來自專用輸入或輸入端的信號，并將宏單元的信號反饋到其需要到達(dá)的目的地。這種互連機(jī)制有很大的靈活性，它允許在不影響引腳分配的情況下改變內(nèi)部的設(shè)計(jì)。 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA) FPGA是20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)的高密度可編程邏輯器件。與前面所介紹的陣列型可編程邏輯器件不同，F(xiàn)PGA的結(jié)構(gòu)類似于掩膜可編程門陣列(MPGA)，它由許多獨(dú)立的可編程邏輯模塊組成，用戶可以通過編程將這些模塊連接起來實(shí)現(xiàn)不同的設(shè)計(jì)。FPGA兼容了MPGA和陣列型PLD兩者的優(yōu)點(diǎn)，因而具有更高的集成度、更強(qiáng)的邏輯實(shí)現(xiàn)能力和更好的設(shè)計(jì)靈活性。不同廠家、不同型號的FPGA其結(jié)構(gòu)有各自的特色，但就其基本結(jié)構(gòu)來分析,大致有以下幾種分類方法： 1．按邏輯功能塊的大小分類 可編程邏輯塊是FPGA的基本邏輯構(gòu)造單元。FPGA分為細(xì)粒度結(jié)構(gòu)和粗粒度結(jié)構(gòu)兩類。細(xì)粒度FPGA的邏輯功能塊一般較小，僅由很小的幾個(gè)晶體管組成，非常類似于半定制門陣列的基本單元，其優(yōu)點(diǎn)是功能塊的資源可以被完全利用，缺點(diǎn)是完成復(fù)雜的邏輯功能需要大量的連線和開關(guān)，因而速度侵；粗粒度FPGA的邏輯塊規(guī)模大，功能強(qiáng)，完成復(fù)雜邏輯只得較少的功能塊和內(nèi)部連線，因而能獲得較好的性能，缺點(diǎn)是功能塊的資源有時(shí)不能充分被利用。 近年來隨著工藝的不斷改進(jìn)，F(xiàn)PGA的集成度不斷提高，同時(shí)硬件描述語言(HDL)的設(shè)計(jì)方法得到廣泛應(yīng)用，由于大多數(shù)邏輯綜合工具是針對門陣列的結(jié)構(gòu)開發(fā)的，細(xì)粒度的FPLA較粗粒度的FPGA可以得到更好的邏輯綜合結(jié)果。因此許多廠家開發(fā)出了一些具有更高集成度的細(xì)粒度FPGA，如Xilinc公司采用MicroVia技術(shù)的一次編程反熔絲結(jié)構(gòu)的XC8l00系列，GateField公司采用閃速EPROM控制開關(guān)元件的可再編程GF100K系列等，它們的邏輯功能塊規(guī)模相對都較小。 2．按互連結(jié)構(gòu)分類 根據(jù)FPGA內(nèi)部的連線結(jié)構(gòu)不同，可將其分為分段互連型相連續(xù)互連型兩類。 分段互連型FPGA中有不同長度的多種金屬線，各金屬線段之間通過開關(guān)矩陣或反镕絲編程連接。這種連線結(jié)構(gòu)走線靈活，有多種可行方案．但走線延時(shí)與布局布線的具體處理過程有關(guān)，在設(shè)計(jì)完成前無法預(yù)測，設(shè)計(jì)修改將引起延時(shí)性能發(fā)生變化。 連續(xù)互連型FPGA是利用相同長度的金屬線，通常是貫穿于整個(gè)芯片的長線來實(shí)現(xiàn)邏輯功能塊之間的互連，連接與距離遠(yuǎn)近無關(guān)。在這種連線結(jié)構(gòu)中，不同位置邏輯單元的連接線是確定的，因而布線延時(shí)是固定和可預(yù)測的。 3．按編程特性分類 根據(jù)采用的開關(guān)元件的不同，F(xiàn)PGA可分為一次編程型和可重復(fù)編程型兩類。 一次編程型FPGA采用反熔絲開關(guān)元件,其工藝技術(shù)決定了這種器件具有體積小、集成度高、互連線特性阻抗低、寄生電容小及可獲得較高的速度等優(yōu)點(diǎn)；此外它還有加密位、反拷貝、抗輻射抗干擾、不帶外接PROM或EPROM等特點(diǎn)。但它只能一次編程，一旦將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)寫入芯片后，就不能再修改設(shè)計(jì)，因此比較適合于定型產(chǎn)品及大批量應(yīng)用。 可重復(fù)編程型FPGA采用SRAM開關(guān)元件或快閃EPROM控制的開關(guān)元件。FPGA芯片中，每個(gè)邏輯塊的功能以及它們之間的互連模式由存儲在芯片中的SRAM或快閃EPROM中的數(shù)據(jù)決定。SRAM型開關(guān)的FPGA是易失性的，每次重新加電，F(xiàn)PGA都要重新裝入配置數(shù)據(jù)。SRAM型FPGA的突出優(yōu)點(diǎn)是可反復(fù)編程，系統(tǒng)上電時(shí)，給FPGA加載不同的配置數(shù)據(jù)，即可令其完成不同的硬件功能。這種配置的改變甚至可以在系統(tǒng)的運(yùn)行中進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)重構(gòu)。采用快閃置PROM控制開關(guān)的PPGA具有非易失性和可重復(fù)編程的雙重優(yōu)點(diǎn)，但在再編程的靈活性上較SRAM型FPGA差一些，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)重構(gòu)。此外，其靜態(tài)功耗較反熔絲型及SRAM型的FPGA高。第二章 MAX+PLUSⅡ開發(fā)軟件的使用 MAX+PLUSⅡ的安裝l 奔騰機(jī)l 有效內(nèi)存在256MB以上，物理內(nèi)存不低于128MBl 、Windows98/2000/XPl 與Microsoft Windows兼容的圖形卡和17英寸彩色顯視器l CDROM驅(qū)動(dòng)器l 與Microsoft Windows兼容的兩鍵或三鍵鼠標(biāo)l 全長8位的適用于邏輯編程卡的ISA插槽l 并行口l RS232串行口+PLUSⅡ軟件版本MAX+PLUSⅡ軟件根據(jù)使用平臺可分為PC機(jī)版和工作站版,根據(jù)使用對象可分為商業(yè)版、基本版和學(xué)生版。商業(yè)版：支持全部輸入方式和功能分析、時(shí)序分析等各種功能，支持版本發(fā)行時(shí)除APEX系列之外的Altera所有可編程邏輯器件。商業(yè)版的MAX+PLUSⅡ需要一個(gè)授權(quán)碼和一個(gè)附加的并口硬件狗?；景妫涸谏虡I(yè)版上做了一些限制，如不支持VHDL、不能進(jìn)行功能和時(shí)序仿真、不支持某些器件等?；景娌恍枰布?，可從Altera網(wǎng)站上免費(fèi)下載，只需向Altera申請一個(gè)基本版的授權(quán)碼即可使用。學(xué)生版：學(xué)生版在功能上基本和商業(yè)版一樣，但可使用的邏輯功能模塊受到限制，且支持的器件很少。從Altera網(wǎng)站上可下載學(xué)生版，但需要向Altera公司的大學(xué)項(xiàng)目部申請學(xué)生版的授權(quán)碼才可使用。 MAX+PLUSⅡ的安裝插入MAX+PLUSⅡ安裝光盤并自動(dòng)運(yùn)行后。后選擇Next,按屏幕提示進(jìn)行操作，任一步選擇Cancel將退出安裝。安裝完畢后，選擇“是”可仔細(xì)閱讀其總包含的一些重要信息。閱讀完畢后關(guān)閉文件，出現(xiàn)開始菜單中的Altera文件夾。+PLUSⅡ安裝好后，為了保證該軟件的正常運(yùn)行還需要做很多工作。（1）在MAX+PLUSⅡ軟件目錄中，雙擊MAX+PLUSⅡ,或者在Windows98的開始菜單中選擇程序項(xiàng)中的Altera組成的MAX+PLUSⅡ,開始運(yùn)行MAX+PLUSⅡ。第一次運(yùn)行時(shí),屏幕上會出現(xiàn)關(guān)于授權(quán)的協(xié)議提示窗口。（2）閱讀完授權(quán)協(xié)議信息后,選擇YES按鈕,出現(xiàn)防止復(fù)制警告信息。選擇NO，則退出MAX+PLUSⅡ。（3）在復(fù)制警告信息框中選擇YES按鈕，則顯示任何獲得基本版授權(quán)碼的幫助信息。若有硬件狗，則選擇否，并將硬件狗插在并口（打印機(jī)口）上。（4）在，+PLUSⅡ文件夾里(也可拷貝到別的路徑下)。（5）設(shè)置授權(quán)碼的過程是：在MAX+PLUSⅡ界面中，選擇菜單命令Options/license setup。 MAX+PLUSⅡ軟件的認(rèn)識 啟動(dòng)MAX+PLUSⅡ在Windows桌面選擇開始 / 程序 / Altera / MAX+PLUSⅡ+PLUSⅡ。+PLUSⅡ的管理器MAX+PLUSⅡ管理器窗口包括項(xiàng)目路徑、工作文件標(biāo)題簽、MAX+PLUSⅡ菜單條、快捷工具條和工作區(qū)等幾部分。設(shè)置好授權(quán)碼后，運(yùn)行MAX+PLUSⅡ即進(jìn)入MAX+PLUSⅡ管理器窗口。 MAX+PLUSⅡ管理器窗口Fig. MAX+PLUS II management device window+PLUSⅡ開發(fā)可編程邏輯器件的基本步驟設(shè)計(jì)輸入阿MAX+PLUSⅡ文本編輯器MAX+PLUSⅡ信息處理器和層次顯示器件編程項(xiàng)目校驗(yàn)項(xiàng)目處理MAX+PLUSⅡ 仿真器MAX+PLUSⅡ編程器MAX+PLUSⅡ 時(shí)間分析器MAX+PLUSⅡ符號編輯器MAX+PLUSⅡ圖形編輯器MAX+PLUSⅡ波形編輯器編譯器網(wǎng)表提取器適配器邏輯綜合器數(shù)據(jù)庫建庫器 基本步驟圖Fig. Basic steps如上圖所示，上圖是MAX+PLUSⅡ軟件的組成模塊圖，其開發(fā)流程分為4個(gè)步驟：；；；。 設(shè)計(jì)輸入在Windows的程序管理器窗口中用鼠標(biāo)左鍵雙擊MAX+PLUSⅡ圖標(biāo)，或在開始菜單內(nèi)選擇MAX+PLUSⅡ項(xiàng)，開始運(yùn)行MAX+PLUSⅡ，管理器窗口被打開。MAX+PLUSⅡ編譯器的工作對象是項(xiàng)目，所以在進(jìn)行一個(gè)邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，首先要指定該設(shè)計(jì)的項(xiàng)目名稱，對于每個(gè)新的項(xiàng)目應(yīng)該建立一個(gè)單獨(dú)的子目錄，如果該子目錄不存在，將自動(dòng)創(chuàng)建，以后所有與該項(xiàng)目有關(guān)的文件都將存在這個(gè)子目錄下。2 建立新文件MAX+PLUSⅡ?yàn)閷?shí)現(xiàn)不同的邏輯功能提供大量的圖元和宏功能符號（Primitive amp。 Macrofunction）庫，設(shè)計(jì)人員在圖形編輯器文件中直接使用。他們的分類信息放在max2work\maxlib\子目。如果需要連接兩個(gè)端口，可將鼠標(biāo)移到其中一個(gè)端口，這是鼠標(biāo)自動(dòng)變?yōu)椤?”形狀，即可開始連線。（1）放置輸入和輸出引腳放置輸入引腳和輸出引腳的方法與圖元的輸入方法相似。如果要重復(fù)放置同一個(gè)符號或者器件，可以用復(fù)制的方法，可提高圖形輸入的效率。（2）為引腳命名在引腳上的PIN_NAME處雙擊鼠標(biāo)座鍵，然后輸入指定的名字即可。6．圖形編輯選項(xiàng)在圖形編輯穿口中的Options菜單中列出了一些圖形編輯時(shí)的選項(xiàng)，包括文本的字型（Font）、大小控制（Text Size）、線形（Line Style）、顯示任務(wù)、網(wǎng)絡(luò)控制等，設(shè)計(jì)時(shí)用戶可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。7．保存文件并檢查錯(cuò)誤在設(shè)計(jì)過程中，如果需要保存新文件或者將文件重新命名，選擇File菜單中的Save As項(xiàng)，將出現(xiàn)Save As對話框。在File Name 對話框中輸入設(shè)計(jì)文件名，然后點(diǎn)擊OK按鈕即可保存文件。若是為了保證輸入邏輯的正確性，可以將此邏輯文件保存起來并進(jìn)行錯(cuò)誤檢查。8．創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)的邏輯符號對于一貫和經(jīng)過保存并檢查沒有錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)文件，可以創(chuàng)建一個(gè)代表該文件的符號文件（.sym）。該符號就像其他符號一樣，可以被其他圖形設(shè)計(jì)文件（.gdf）調(diào)用。（1）在File菜單中選擇Create Default Symbol項(xiàng)，即可創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)的邏輯符號。該符號可以被高層設(shè)計(jì)調(diào)用。（2）若選擇File菜單中選擇Create Default Include File項(xiàng)，則可以創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)的邏輯文件（.inc）供其他AHDL文本設(shè)計(jì)文件調(diào)用。（3）可以通過選擇File菜單中的Symbol命令編輯所選的符號。9．關(guān)閉文件如果要關(guān)閉文件，選擇File菜單中的Close命令，或者用鼠標(biāo)左鍵單擊圖形編輯器右上角的關(guān)閉按鈕來關(guān)閉圖形編輯器窗口。MAX+PLUS2支持 AHDL、VHDL、Verilog HDL等硬件描述語言。AHDL是Altera Hardware Description Language的縮寫，它是一種高級硬件行為描述語言。MAX+PLUSⅡ支持層次化設(shè)計(jì)輸入方法，頂層設(shè)計(jì)文件就是把一個(gè)設(shè)計(jì)的各個(gè)模板放在一起，形成一個(gè)便于閱讀的圖形形式，如圖4所示，該電路的模塊都是采用前面所創(chuàng)造的符號，每個(gè)模塊都包好著各自的實(shí)現(xiàn)電路。層次顯示方式就是以一個(gè)層次樹的形式顯示整個(gè)項(xiàng)目和電路的設(shè)計(jì)文件。打開層次顯示的方法是從MAX+PLUSⅡ菜單中選擇Hierarchy Display項(xiàng)，一個(gè)項(xiàng)目的層次就顯示出來了，圖5為圖4頂層文件的顯示層次。層次中的每個(gè)文件都可以通