【文章內(nèi)容簡介】 器件設(shè)計(jì)方法 內(nèi)嵌功能模塊主要指 DLL（ Delay Locked Loop）、 PLL（ Phase Locked Loop）、 DSP和 CPU等軟處理核（ Soft Core）?，F(xiàn)在越來越豐富的內(nèi)嵌功能單元，使得單片 FPGA成為了系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)工具，使其具備了軟硬件聯(lián)合設(shè)計(jì)的能力，逐步向 SOC平臺過渡。 DLL和 PLL具有類似的功能，可以完成時(shí)鐘高精度、低抖動的倍頻和分頻，以及占空比調(diào)整和移相等功能。 Xilinx公司生產(chǎn)的芯片上集成了 DLL， Altera公司的芯片集成了 PLL， Lattice公司的新型芯片上同時(shí)集成了 PLL和 DLL。 PLL 和 DLL可以通過 IP核生成的工具方便地進(jìn)行管理和配置。 DLL的結(jié)構(gòu)如圖 15所示。 ● 底層內(nèi)嵌功能單元 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 內(nèi)嵌專用硬核是相對底層嵌入的軟核而言的，指 FPGA處理能力強(qiáng)大的硬核（ Hard Core），等效于 ASIC電路。為了提高 FPGA性能，芯片生產(chǎn)商在芯片內(nèi)部集成了一些專用的硬核。 例如：為了提高 FPGA的乘法速度，主流的 FPGA中都集成了專用乘法器；為了適用通信總線與接口標(biāo)準(zhǔn)，很多高端的 FPGA內(nèi)部都集成了串并收發(fā)器（ SERDES），可以達(dá)到數(shù)十 Gbps的收發(fā)速度。 ● 內(nèi) 嵌專用硬 核 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 Xilinx公司的高端產(chǎn)品不僅集成了 Power PC系列 CPU，還內(nèi)嵌了 DSP Core模塊，相應(yīng)的系統(tǒng)級設(shè)計(jì)工具是 EDK和Platform Studio，并依此提出了片上系統(tǒng)（ System on Chip）的概念。通過 PowerPC、 Miroblaze、 Picoblaze等平臺，能夠開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)的 DSP處理器及其相關(guān)應(yīng)用，達(dá)到 SOC的開發(fā)目的。 ● 內(nèi)嵌專用硬 核 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 ?FPGA和 CPLD都是可編程邏輯器件 ,有很多共同特點(diǎn) ,但由于ＣＰＬＤ和 FPGA結(jié)構(gòu)上的差異 ,具有各自的特點(diǎn)： ? CPLD更適合完成各種算法和組合邏輯 , FPGA更適合于完成時(shí)序邏輯。換句話說 , FPGA更適合于觸發(fā)器豐富的結(jié)構(gòu) ,而CPLD更適合于觸發(fā)器有限而乘積項(xiàng)豐富的結(jié)構(gòu)。 ? CPLD的連續(xù)式布線結(jié)構(gòu)決定了它的時(shí)序延遲是均勻的和可預(yù)測的 ,而 FPGA的分段式布線結(jié)構(gòu)決定了其延遲的不可預(yù)測性。 ● CPLD和 FPGA的比較 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 ? 在編程上 FPGA比 CPLD具有更大的靈活性。 CPLD通、過修改具有固定內(nèi)連電路的邏輯功能來編程 , FPGA主要通過改變內(nèi)部連線的布線來編程 。 FPGA可在邏輯門下編程 ,而 CPLD是在邏輯塊下編程。 ? FPGA的集成度比 CPLD高 ,具有更復(fù)雜的布線結(jié)構(gòu)和邏輯實(shí)現(xiàn)。 ● CPLD和 FPGA的比較 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 ? CPLD比 FPGA使用起來更方便。 CPLD的編程采用E2PROM或 FASTFLASＨ技術(shù) ,無需外部存儲器芯片 ,使用簡單。而FPGA的編程信息需存放在外部存儲器上 ,使用方法復(fù)雜。 ? CPLD的速度比 FPGA快 ,并且具有較大的時(shí)間可預(yù)測性。這是由于 FPGA是門級編程 ,并且 CLB之間采用分布式互聯(lián) ,而CPLD是邏輯塊級編程 ,并且其邏輯塊之間的互聯(lián)是集總式的 。 ● CPLD和 FPGA的比較 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 ? 在編程方式上 , CPLD主要是基于 E2PROM或 FLASH存儲器編程 ,編程次數(shù)可達(dá) 1萬次 ,優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)斷電時(shí)編程信息也不丟失。CPLD又可分為在編程器上編程和在系統(tǒng)編程兩類。 FPGA大部分是基于 SRAM編程 ,編程信息在系統(tǒng)斷電時(shí)丟失 ,每次上電時(shí) ,需從器件外部將編程。數(shù)據(jù)重新寫入 RAM中。其優(yōu)點(diǎn)是可以編程任意次 ,可在工作中快速編程 ,從而實(shí)現(xiàn)板級和系統(tǒng)級的動態(tài)配置。 ? CPLD保密性好 , FPGA保密性差。 ● CPLD和 FPGA的比較 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 ? 一般情況下 , CPLD的功耗要比 FPGA大 ,且集成度越高越明顯。 CPLD最基本的單元是宏單元。一個(gè)宏單元包含一個(gè)寄存器 (使用多達(dá) 16個(gè)乘積項(xiàng)作為其輸入 )及其它有用特性。 因?yàn)槊總€(gè)宏單元用了 16個(gè)乘積項(xiàng)，因此設(shè)計(jì)人員可部署大量的組合邏輯而不用增加額外的路徑。這就是為何 CPLD被認(rèn)為是“邏輯豐富”型的。宏單元以邏輯模塊的形式排列 (LB)，每個(gè)邏輯模塊由 16個(gè)宏單元組成。宏單元執(zhí)行一個(gè) AND操作，然后一個(gè) OR操作以實(shí)現(xiàn)組合邏輯。 ● CPLD和 FPGA的比較 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 ? Xilinx公司目前有兩大類 CPLD產(chǎn)品 :CoolRunner和 XC9500系列兩大類。 ? CoolRunner系列中又包含 CoolRunnerII和 CoolRunnerXPLA3兩個(gè)系列。 ? XC9500系列中又包含 XC9500XL和 C9500兩個(gè)系列 。 ● Xilinx公司器件簡介 CPLD 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 在保持高性能的同時(shí)， XC9500 器件還能提供最大的布線能力和靈活性。 該構(gòu)架特性豐富，包括單個(gè) pterm 輸出激活和 3 個(gè)全局時(shí)鐘，并且其單位輸出的 pterm 比其它 CPLD 多。 該構(gòu)架公認(rèn)的在保持管腳分配（管腳鎖定）的同時(shí)適應(yīng)設(shè)計(jì)變化的能力已在自 XC9500 系列推出以來的無數(shù)現(xiàn)實(shí)世界中消費(fèi)類設(shè)計(jì)中得到了說明。這個(gè)有保證的管腳鎖定意味著可以充分利用在系統(tǒng)編程性，并且能夠在任何時(shí)間（甚至是現(xiàn)場）輕松完成變更。 表 21給出了該系列 CPLD的主要特征。 ● Xilinx公司 CPLD器件 XC9500 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 ● Xilinx公司 CPLD器件 XC9500性能 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 XC9500XL的 CPLD 提供了一個(gè)高性能非易失性可編程邏輯解決方案，包括成本優(yōu)化的芯片、免費(fèi)的設(shè)計(jì)工具和無與倫比的技術(shù)支持。 使用與 Xilinx FPGA 同樣的設(shè)計(jì)環(huán)境， XC9500XL CPLD 可以為您提供靈活、高級的邏輯系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的一切。 表 22給出了該系列 CPLD的主要特征。 ● Xilinx公司 CPLD器件 XC9500ＸＬ 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 作為第一款能夠提供 100%數(shù)字核的 CPLD 系列，只有 CoolRunner?II 系列可以通過單個(gè)成本優(yōu)化解決方案提供高性能和極低的功耗，以及現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)特性。表 23給出了其特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。表 24給出了該系列 CPLD的主要特征。 ● Xilinx公司 CPLD器件 CoolRunnerII 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 ● Xilinx公司 CPLD器件 CoolRunnerII性能 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 ● Xilinx公司 CPLD器件 CoolRunnerII性能 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 CoolRunner XPLA3 先進(jìn)構(gòu)架特性體現(xiàn)在具有直接輸入寄存器路徑，多時(shí)鐘、 JTAG 編程、 5V耐壓的 I/O 和一個(gè)完整的 PLA 結(jié)構(gòu)。這些增強(qiáng)性能提供了高速度和最靈活的邏輯分配，從而具有了無需改變管腳即可修改設(shè)計(jì)的能力。 CoolRunner XPLA3 架構(gòu)包括一組 48個(gè)乘積項(xiàng)，該乘積項(xiàng)可分配到邏輯塊中的任意宏單元。表 25給出了其特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。表 26給出了該系列 CPLD的主要特征。 ● Xilinx公司 CPLD器件 CoolRunnerXPLA3 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 ● Xilinx公司 CPLD器件 CoolRunnerXPLA3 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 ● Xilinx公司 CPLD器件 CoolRunnerXPLA3 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 Xilinx公司目前有兩大類 FPGA產(chǎn)品： Spartan類和 Virtex類 . 前者主要面向低成本的中低端應(yīng)用，是目前業(yè)界成本最低的一類 FPGA；后者主要面向高端應(yīng)用，屬于業(yè)界的頂級產(chǎn)品 。 這兩個(gè)系列的差異僅限于芯片的規(guī)模和專用模塊上，都采用了先進(jìn)的 、 90 甚至 65 制造工藝，具有相同的卓越品質(zhì)。 ● Xilinx公司器件簡介 FPGA 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 Spartan系列適用于普通的工業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域，目前主流的芯片包括： Spartan Spartan2E、 Spartan Spartan3A以及Spartan3E等種類。 其中 Spartan2最高可達(dá) 20萬系統(tǒng)門， Spartan2E最高可達(dá) 60萬系統(tǒng)門， Spartan3最高可達(dá) 500萬門， Spartan3A和 Spartan3E不僅系統(tǒng)門數(shù)更大，還增強(qiáng)了大量的內(nèi)嵌專用乘法器和專用塊 RAM資源，具備實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)字信號處理和片上可編程系統(tǒng)的能力。 ● Xilinx公司 FPGA器件 Spartan類 第二章 可編程邏輯器件設(shè)計(jì)方法 Spartan2在 Spartan系列的基礎(chǔ)上繼承了更多的邏輯資源，達(dá)到更高的性能，芯片密度高達(dá) 20萬系統(tǒng)門。由于采用了成熟的