第2章 PLD硬件特性与编程技术

HDLHDL可编程逻辑器件可编程逻辑器件第2章PLDPLD硬件特性与编程技术硬件特性与编程技术2.1PLD概述图2-1基本PLD器件的原理结构图输入缓冲电路与阵列或阵列输出缓冲电路输入输出……2.1.1PLD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SOPC20世纪70年代20世纪70年代末20世纪80年代初20世纪80年代中期20世纪80年代末进入20世纪90年代后2.1.2PLD的分类可编程逻辑器件（PLD）简单PLD复杂PLDPROMPALPLAGALCPLDFPGA图2-2按集成度分类1．熔丝(Fuse)型器件2．反熔丝(Anti-fuse)型器件3．EPROM型4．EEPROM型5．SRAM型6．Flash型从编程工艺上划分:2.2低密度PLD可编程原理2.2.1电路符号表示图2-3常用逻辑门符号与现有国标符号的对照2.2.1电路符号表示图2-4PLD的互补缓冲器图2-5PLD的互补输入图2-6PLD中与阵列表示图2-7PLD中或阵列的表示图2-8阵列线连接表示2.2.2PROM图2-9PROM基本结构地址译码器存储单元阵列………0A1A1−nA0W1W1−pW0F1F1−mFnp2=2.2低密度PLD可编程原理2.2.2PROM与阵列（不可编程）或阵列（可编程）………0A1A1−nA0W1W1−pW0F1F1−mFnp2=图2-10PROM的逻辑阵列结构2.2低密度PLD可编程原理2.2.2PROM图2-11PROM表达的PLD阵列图与阵列（固定）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0F1010AACAAS•=⊕=2.2低密度PLD可编程原理2.2.2PROM图2-12用PROM完成半加器逻辑阵列01110100AAFAAAAF=+=与阵列（固定）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0F2.2低密度PLD可编程原理2.2.3PLA图2-13PLA逻辑阵列示意图与阵列（可编程）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0F2.2低密度PLD可编程原理2.2.3PLA图2-14PLA与PROM的比较0A1A1F0F2A2F0A1A1F0F2A2F2.2低密度PLD可编程原理2.2.4PAL图2-15PAL结构图2-16PAL的常用表示0A1A1F0F0A1A1F0F2.2低密度PLD可编程原理2.2.5GAL2.2低密度PLD可编程原理GAL即通用阵列逻辑器件，首次在PLD上采用了EEPROM工艺，使得GAL具有电可擦除重复编程的特点，彻底解决了熔丝型可编程器件的一次可编程问题。GAL在“与-或”阵列结构上沿用了PAL的与阵列可编程、或阵列固定的结构，但对PAL的输出I/O结构进行了较大的改进，在GAL的输出部分增加了输出逻辑宏单元OLMC(OutputMacroCell)。1．逻辑阵列块(LAB)2.3CPLD的结构与工作原理MAX7000系列中一个LAB由16个宏单元的阵列组成。2．宏单元2.3CPLD的结构与工作原理MAX7000系列的单个宏单元结构3．可编程连线阵列（PIA）2.3CPLD的结构与工作原理4．I/O控制模块2.3CPLD的结构与工作原理输出极性选择8DQ输出选择由可编程逻辑阵列来反馈选择I/O端1、查找表逻辑结构FPGA查找表单元查找表LUT输入1输入2输入3输入4输出2.4FPGA的结构与工作原理输入/输出模块I/O可配置逻辑块C可编程互连资源CLB2、FPGA的基本结构2.5FPGA/CPLD主要产品介绍大规模知名PLD生产厂家:2.5FPGA/CPLD主要产品介绍Lattice公司CPLD器件系列Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列1.Virtex系列FPGA：Virtex-2、Virtex-2Pro、Virtex-4和Virtex-5等主流芯片2.Spartan系列FPGA:Spartan-2、Spartan-2E、Spartan-3、Spartan-3A及Spartan-3E等主流芯片3.XC9500&XC9500XL系列CPLD4.XilinxFPGA配置器件SPROM:XC18V00和XC17S00系列Altera公司FPGA和CPLD器件系列1.MAX系列CPLD2.ACEX系列FPGA3.Stratix系列FPGA4.Cyclone系列低成本FPGA2.6器件的选择1.器件的命名规则ALTERA产品型号命名：XXXXXXXXXXXX（如：EP3C16E144C8）12345671．前缀：一般为EP（EnhancedPLD）2．器件型号（C：Cyclone，S：Stratix)3.LE数量（16：16,000个LE）4．封装形式（E：EPFQ封装）5.管脚数目（144：144个引脚）6．温度范围（C：0℃至70℃，I：-40℃至85℃，M：-55℃至125℃）7．速度级别：一般有6、7、8三种，数字越小速度越快2.6器件的选择2.器件的逻辑资源量的选择3．芯片速度的选择具体设计中应对芯片速度的选择有一综合考虑，并不是速度越高越好。芯片速度的选择应与所设计的系统的最高工作速度相一致。使用了速度过高的器件将加大电路板设计的难度。这是因为器件的高速性能越好，则对外界微小毛刺信号的反映灵敏性越好，若电路处理不当，或编程前的配置选择不当，极易使系统处于不稳定的工作状态。4．器件功耗的选择由于在线编程的需要，CPLD的工作电压多为5V，而FPGA的工作电压的流行趋势是越来越低，3.3V和2.5V的低工作电压的FPGA的使用已十分普遍。因此，就低功耗、高集成度方面，FPGA具有绝对的优势。5．FPGA/CPLD的选择