EDA技术第二章FPGACPLD结构与应用

EDA技术主讲：牛军浩第二章FPGA/CPLD结构与应用2.1PLD的分类2.2简单PLD原理2.3CPLD结构与工作原理2.4FPGA结构与工作原理2.5硬件测试2.6PLD产品2.7编程与配置教学目的掌握CPLD/FPGA的结构及工作原理掌握CPLD/FPGA的配置和编程方法1.基本PLD器件的原理结构输入缓冲电路与阵列或阵列输出缓冲电路……数字电路系统都是由与门、非门、或门、传输门等基本门来构成2.1PLD的分类由基本门可以构成两类数字电路：组合电路：在逻辑上输出总是当前输入状态的函数。时序电路：输出是当前系统状态与当前输入状态的函数。2.1PLD的分类按集成度分：2.1PLD的分类2.1PLD的分类按结构分：•乘积项结构–基本结构为“与-或”阵列的器件–PLD／CPLD•查找表结构–由查找表组成可编程门，再构成阵列–FPGA2.1PLD的分类按编程工艺分：•熔丝（Fuse）型器件•反熔丝（Anti-Fuse）型器件•EPROM型器件•EEPROM型器件•SRAM型器件•Flash型器件2.2PLD原理1.电路符号表示：非门与门或门异或门2.2PLD原理2.电路结构表示：2.2PLD原理3.PROM地址译码部分PROM存储单元阵列输出缓冲部分与阵列固定或阵列可编程包含所有输入的最小项利用率低2.2PLD原理4.PLA与阵列可编程或阵列可编程不需要包含输入变量的每个最小项需要化简成最简的与或表达式算法复杂，速度下降2.2PLD原理5.PAL与阵列可编程或阵列固定简化了设计算法提高了运行速度熔丝工艺生产，一次编程，修改不方便2.2PLD原理6.GAL（GeneralArrayLogic）•EEPROM工艺•或阵列固定•与阵列可编程•OLMC（OutputLogicMacroCell）•专用组合输出、专用输入、组合输出双向口，寄存器输出、寄存器I/O等•结构图参看P35，图3-182.3CPLD工作原理与结构•1.PLD器件的缺点–阵列规模小，资源少–片内寄存器资源不足，难构成时序电路–I/O不灵活–编程不方便2.CPLD器件的结构–CPLD（ComplexPLD）–逻辑阵列块–宏单元–扩展乘积项–可编程连线阵列–I/O控制块2.3CPLD工作原理与结构MAX7128S的结构MAX7000系列的单个宏单元结构可编程寄存器共享扩展乘积项结构并联扩展乘积项结构PIA信号布线到LAB的方式IO控制块结构2.4FPGA工作原理与结构•1.FPGA的特点–可编程查找表–LUT（LookUpTable）–基于SRAM的查找表逻辑结构–存储输入值构成的真值表2.LUT单元FPGA查找表单元内部结构FPGA由大量LAB组成LE由一个4输入的查找表LUT、进位链逻辑和一个可编程的寄存器构成2.5硬件测试技术•集成电路的发展，促使CPLD、FPGA的规模越来越大，复杂程度也越来越高，测试问题随之而来。•内部逻辑测试：扫描寄存器、嵌入式逻辑分析仪•JTAG边界扫描：BST（BoardScanTest）2.6产品概述•CPLD分解组合逻辑的功能很强FPGA的一个LUT只能处理4输入的组合逻辑•CPLD适合用于设计译码等复杂组合逻辑设计复杂的时序逻辑，使用FPGA较好•CPLD一般只能做到512个逻辑单元FPGA芯片中包含的LUT和触发器的数量非常多，往往都是几千上万•CPLD拥有上电即可工作的特性大部分FPGA需要一个加载过程1.Altera•最大的可编程逻辑器件供应商之一•CPLD：MAX系列•FPGA：Stratix系列、FLEX系列、ACEX系列、Cyclone系列等•IP核••FPGA的发明者•最大可编程逻辑器件供应商之一•99年Xilinx收购了Philips的PLD部门•CPLD：XC9500系列•FPGA：Virtext系列、Spartan系列••世界第三大可编程逻辑器件供应商•ISP（In-SystemProgramming）技术•99年Lattice收购Vantis（原AMD子公司）•2001年收购Lucent微电子的FPGA部门，•Lattice中小规模PLD/FPGA比较有特色•ispMACH4000系列PLD•LatticeEC/ECP系列FPGA•可编程模拟芯片ispPAC•：1.基于电可擦除存储单元的EEPROM或FLASH技术2.基于SRAM查找表的编程单元3.基于反熔丝单元1.CPLD的ISP编程2.FPGA的配置3.专用器件配置FPGA4.单片机配置FPGA习题什么是基于乘积项的可编程逻辑结构？什么是基于查找表的可编程逻辑结构？•CPLD/FPGA/BST英文解释•CPLD/FPGA的内部构成•PROM、PLA、PAL、GAL的区别及逻辑表示方式