第2章 EDA技术与Verilog设计

第2章PLD器件2.1概述2.2PLD的分类2.3PLD的基本原理与结构2.4低密度PLD的原理与结构2.5CPLD的原理与结构2.6FPGA的原理与结构2.7PLD器件的编程元件2.8边界扫描测试技术2.9在系统编程2.10FPGA/CPLD器件概述内容第2章PLD器件2.1概论PLD的发展历程熔丝编程的PROM和PLA器件AMD公司推出PAL器件GAL器件FPGA器件EPLD器件CPLD器件内嵌复杂功能模块的SoPC◆1985年，美国Xilinx公司推出了现场可编程门阵列（FPGA，FieldProgrammableGateArray）◆CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice），即复杂可编程逻辑器件，是从EPLD改进而来的。PLD的发展PLD的集成度分类可编程逻辑器件（PLD）简单PLD复杂PLDPROMPALPLAGALCPLDFPGA一般将GAL22V10（500门~750门）作为简单PLD和高密度PLD的分水岭2.2PLD的分类四种SPLD器件的区别PLD器件按照可以编程的次数可以分为两类：(1)一次性编程器件（OTP，OneTimeProgrammable）(2)可多次编程器件OTP类器件的特点是：只允许对器件编程一次，不能修改，而可多次编程器件则允许对器件多次编程，适合于在科研开发中使用。按编程特点分类(1)熔丝（Fuse）(2)反熔丝（Antifuse）编程元件(3)紫外线擦除、电可编程，如EPROM。(4)电擦除、电可编程方式，(EEPROM、快闪存储器（FlashMemory）），如多数CPLD(5)静态存储器（SRAM）结构，如多数FPGA按编程元件和编程工艺划分非易失性器件易失性器件输入缓冲电路与阵列或阵列输出缓冲电路输入输出……PLD器件的原理结构图2.3PLD的基本原理与结构数字电路符号表示常用逻辑门符号与现有国标符号的对照PLD电路符号表示与门、或门的表示PLD连接表示法（a）固定连接（b）可编程连接（c）未连接2.4低密度PLD的原理与结构PROM与阵列（不可编程）或阵列（可编程）………0A1A1nA0W1W1pW0F1F1mFnp2PROM的逻辑阵列结构PROMPROM表达的PLD阵列图与阵列（固定）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0F1010AACAASPROM用PROM完成半加器逻辑阵列01110100AAFAAAAF与阵列（固定）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0FPLAPLA逻辑阵列示意图与阵列（可编程）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0FPLAPLA与PROM的比较0A1A1F0F2A2F0A1A1F0F2A2FPALPAL结构PAL的常用表示0A1A1F0F0A1A1F0FPALPAL22V10部分结构图GALGAL22V10的结构（局部）GAL22V10的OLMC结构CPLD器件的结构2.5CPLD的原理与结构典型CPLD器件的结构MAX7000S器件的内部结构MAX7000S器件的宏单元结构查找表结构4输入LUT及内部结构图2.6FPGA的原理与结构FPGA器件的内部结构示意图典型FPGA的结构XC4000器件的CLB结构Cyclone器件的LE结构（普通模式）典型FPGA的结构1．熔丝(Fuse)型器件2．反熔丝(Anti-fuse)型器件3．EPROM型，紫外线擦除电可编程4．EEPROM型6．SRAM型5．Flash型2.7PLD器件的编程元件边界扫描电路结构为了解决超大规模集成电路（VLSI）的测试问题，自1986年开始，IC领域的专家成立了“联合测试行动组”（JTAG，JointTestActionGroup），并制定出了IEEE1149.1边界扫描测试（BST，BoundaryScanTest）技术规范2.8边界扫描测试技术引脚描述功能TDI测试数据输入(TestDataInput)测试指令和编程数据的串行输入引脚。数据在TCK的上升沿移入。TDO测试数据输出(TestDataOutput)测试指令和编程数据的串行输出引脚，数据在TCK的下降沿移出。如果数据没有被移出时，该引脚处于高阻态。TMS测试模式选择(TestModeSelect)控制信号输入引脚，负责TAP控制器的转换。TMS必须在TCK的上升沿到来之前稳定。TCK测试时钟输入(TestClockInput)时钟输入到BST电路，一些操作发生在上升沿，而另一些发生在下降沿。TRST测试复位输入(TestResetInput)低电平有效，异步复位边界扫描电路(在IEEE规范中，该引脚可选)。边界扫描IO引脚功能边界扫描数据移位方式未编程前先焊接安装减少对器件的触摸和损伤不计较器件的封装形式系统内编程--ISP样机制造方便支持生产和测试流程中的修改在系统现场重编程修改允许现场硬件升级迅速方便地提升功能ISP功能提高设计和应用的灵活性2.9在系统编程下载接口引脚信号名称引脚12345678910PS模式DCKGNDCONF_DONEVCCnCONFIG-nSTATUS-DATA0GNDJATG模式TCKGNDTDOVCCTMS---TDIGNDUSB-Blaster下载电缆Lattice公司CPLD器件系列1.ispLSI器件的结构与特点（1）采用UltraMOS工艺。（2）系统可编程功能，所有的ispLSI器件均支持ISP功能。（3）边界扫描测试功能。（4）加密功能。（5）短路保护功能。2.10FPGA/CPLD器件概述Lattice公司CPLD器件系列2.ispMACH4000系列3.LatticeEC&ECP系列ispMACH4000系列CPLD器件有3.3V、2.5V和1.8V三种供电电压，分别属于ispMACH4000V、ispMACH4000B和ispMACH4000C器件系列。Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列1.Virtex-4系列FPGA2.SpartanⅡ&Spartan-3&Spartan3E器件系列3.XC9500&XC9500XL系列CPLD4.XilinxFPGA配置器件SPROM5.Xilinx的IP核Altera公司FPGA和CPLD器件系列1.StratixII系列FPGA2.Stratix系列FPGA3.ACEX系列FPGA4.FLEX系列FPGA5.MAX系列CPLD6.Cyclone系列FPGA低成本FPGA7.CycloneII系列FPGA8.MAXII系列器件9.Altera宏功能块及IP核习题2-1PLA和PAL在结构上有什么区别？2-2说明GAL的OLMC有什么特点，它怎样实现可编程组合电路和时序电路？2-3简述基于乘积项的可编程逻辑器件的结构特点？2-4基于查找表的可编程逻辑结构的原理是什么？2-5基于乘积项和基于查找表的结构各有什么优缺点？2-6CPLD和FPGA在结构上有什么明显的区别，各有什么特点？2-7FPGA器件中的存储器块有何作用？