eda课件第5章大规模可编程逻辑器.ppt

1,2019年5月27日12时51分,第5章 大规模可编程逻辑器件,2,2019年5月27日12时51分,一、可编程逻辑器件概述,可编程逻辑器件 (PLD) 是用来实现定制逻辑功能的、用户可自由配置的数字集成电路 (ICs) 。 可编程逻辑器件可以利用其内部逻辑结构实现任何的布尔表达式或者寄存器功能。 相反，象TTL 器件等现有的逻辑集成电路（ ICs）只能提供特定的逻辑功能，不能通过修改来满足具体电路的设计要求 。 现在，PLD制造商已经能够供应集成度和性能比分立元件高，而单位功能成本低于分立元件的可编程器件。 可编程逻辑器件已经成为比分立元件以及类似专用集成电路（ ASICs ）的全定制或者半定制器件更受欢迎的 产品。,3,2019年5月27日12时51分,一、可编程逻辑器件概述,可编程逻辑器件（PLD） 的结构： 基于乘积项技术 和 基于查找表技术 现场可编程门阵列 FPGA ( Field Programmable Gate Array) 复杂可编程逻辑器件 CPLD (Complex Programmable Logic Device) PLD的三家主流公司是Xilinx、Altera、Lattice 。,不同厂家 不同叫法,大规模可编程逻辑器件使 电子设计进入了一个崭新的时代,4,2019年5月27日12时51分,1、基于乘积项的结构模块,2、基于查找表的结构模块,二、构成可编程逻辑的两种主要方法：,5,2019年5月27日12时51分,可编程的“与”阵列，固定的“或”阵列 用于逻辑综合及取“反”的“异或”门 容量受乘积项数量的限制 输入引线多,（1）结构原理与特点：,1、基于乘积项的结构模块,6,2019年5月27日12时51分,（2）简单可编程逻辑器件 (SPLD),简单可编程逻辑器件(SPLD)早期的基本框图,7,2019年5月27日12时51分,例：,f,8,2019年5月27日12时51分,（2）简单可编程逻辑器件 (SPLD),O2 = !I2&!I1&I0 # I2&I0 # I1&!I0 O1 = !I2&!I1&!I0 # I1&!I0 O0 = !I1&!I0 # I2&!I1&!I0,PAL结构 逻辑功能可 变化的硬件 结构。, PAL: Programmable Array Logic,PAL是由一个可编程的“与”平 面和一个固定的“或”平面构成的, 或门的输出可以通过触发器有选择地 被设置为寄存状态。,右图实现的逻辑功能：,乘积项逻辑,9,2019年5月27日12时51分, GAL: General Array Logic Device,最多有8个或项，每个或项最多有32个与项。,10,2019年5月27日12时51分,逻辑宏单元,输入/输出口,输入口,GAL结构：,时钟信 号输入,三态 控制,可编程 与阵列,固定或 阵列,11,2019年5月27日12时51分,查找表 （Look Up Table) 简称为LUT， LUT本质上就是一个RAM 。,（1）什么是查找表?,2、基于查找表的结构模块,12,2019年5月27日12时51分,（2）查找表原理,例：,13,2019年5月27日12时51分,三、如何选用CPLD/FPGA?,适于实现复杂的组合逻辑 适于实现复杂的状态机 适于实现控制量多的逻辑 适于实现完全编码的状态机 扇入系数大 应用举例： 存储总线控制器 译码逻辑,适于实现数据通路功能 适于实现寄存器用量大的设计 适于实现算术功能： 加法器、计数器等 适于实现“One Hot” 方式编码的状态机 应用举例： DSP 功能 PCI 接口,乘积项结构/CPLD,查找表结构/FPGA,14,2019年5月27日12时51分,四、FPGA/CPLD生产商,ALTERA,FPGA： FLEX系列：10K、10A、10KE、EPF10K30E APEX系列：20K、20KE EP20K200E ACEX系列：1K系列 EP1K30、EP1K100 CYCLONE: EP3C16Q240C8 CPLD： MAX7000/S/A/B系列：EPM7128S MAX9000/A系列,FPGA： XC3000系列， XC4000系列， XC5000系列 Virtex系列 SPARTAN系列：XCS10、XCS20、XCS30 CPLD： XC9500系列：XC95108、XC95256,XILINX,15,2019年5月27日12时51分,LATTICE VANTIS （AMD）,ispLSI系列：1K、2K、3K、5K、8K ispLSI1016 、ispLSI2032、 ispLSI1032E、ispLSI3256A MACH系列、ispPAC系列,其他PLD公司： ACTEL公司： ACT1/2/3、40MX ATMEL公司：ATF1500AS系列、40MX CYPRESS公司 QUIKLOGIC公司,CPLD,SO MUCH IC！,FPGA CPLD,16,2019年5月27日12时51分,本 章 小 结,可编程逻辑器件PLD是一种可由用户通过自己编程配置各种逻辑功能的芯片，它经历了从简单PLD(如PROM、PLA、PAL和GAL)到采用大规模集成电路技术的复杂PLD(如CPLD和FPGA)的发展过程。,PLD一般由输入缓冲电路、与阵列、或阵列和输出缓冲电路4部分组成。可编程阵列逻辑(PAL)是与阵列可编程、或阵列固定，输出结构有组合型和寄存器型等，便于用来实现组合逻辑和时序逻辑函数。FPGA和CPLD是超大规模的集成电路，二者在结构上有差异。,常规PLD在使用中通常是先编程后装配，而采用在系统可编程(ISP)技术的P