第2章PLD硬件特性与编程技术39681163.ppt

1、EDA技术与VHDL,第2章 PLD硬件特性与编程技术,KX康芯科技,2.1 概 论,图2-1 基本PLD器件的原理结构图,2.1 概 论,2.1.1 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,2.1 概 论,2.1.2 PLD的分类,图2-2 按集成度(PLD)分类,2.1 概 论,2.1.2 PLD的分类,1熔丝(Fuse)型器件,2反熔丝(Anti-fuse)型器件,3EPROM型。称为紫外线擦除电可编程逻辑器件,4EEPROM型,5SRAM型,6Flash型,CPLD,F

2、PGA,2.2 简单PLD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2-4 PLD的互补缓冲器 图2-5 PLD的互补输入 图2-6 PLD中与阵列表示,图2-7 PLD中或阵列的表示 3-8 阵列线连接表示,2.2 简单PLD原理,2.2.2 PROM,图2-9 PROM基本结构,2.2 简单PLD原理,2.2.2 PROM,PROM中的地址译码器是完成PROM存储阵列的行的选择，其逻辑函数是,2.2 简单PLD原理,2.2.2 PROM,2.2 简单PLD原理,2.2.2 PROM,图2-10 PROM的逻辑阵列结构,2.2

3、简单PLD原理,2.2.2 PROM,图2-11 PROM表达的PLD阵列图,2.2 简单PLD原理,2.2.2 PROM,图2-12 用PROM完成半加器逻辑阵列,2.2 简单PLD原理,2.2.3 PLA,图2-13 PLA逻辑阵列示意图,2.2 简单PLD原理,2.2.3 PLA,图2-14 PLA与 PROM的比较,2.2 简单PLD原理,2.2.4 PAL,图2-15 PAL结构 图2-16 PAL的常用表示,图2-17 一种PAL16V8的部分结构图,2.2.5 GAL,图2-18 GAL16V8的结构图,2.2 简单PLD原理,2.2.5 GAL,图2-19 寄存器输出结构,1寄

4、存器模式,图2-20 寄存器模式组合双向输出结构,2.2 简单PLD原理,2.2.5 GAL,图2-21 组合输出双向结构,2复合模式,图2-22 复合型组合输出结构,2.2 简单PLD原理,2.2.5 GAL,图2-23 反馈输入结构,3简单模式,图2-24 输出反馈结构,图2-25 简单模式输出结构,2.3 CPLD的结构与工作原理,图2-26 MAX7000系列的单个宏单元结构,2.3 CPLD的结构与工作原理,图2-27 MAX7128S的结构,1逻辑阵列块(LAB,2.3 CPLD的结构与工作原理,2宏单元,逻辑阵列、乘积项选择矩阵、可编程寄存器,全局时钟信号,全局时钟信号由高电平有

5、效的时钟信号使能,用乘积项实现一个阵列时钟,2.3 CPLD的结构与工作原理,3扩展乘积项,图2-28 共享扩展乘积项结构,3扩展乘积项,图2-29 并联扩展项馈送方式,共享扩展项,并联扩展项,2.3 CPLD的结构与工作原理,4可编程连线阵列(PIA,图2-30 PIA信号布线到LAB的方式,5I/O控制块,图2-31 EPM7128S器件的I/O控制块,2.4 FPGA的结构与工作原理,2.4.1 查找表逻辑结构,图2-32 FPGA查找表单元,2.4.1 查找表逻辑结构,图2-33 FPGA查找表单元内部结构,2.4.2 Cyclone系列器件的结构与原理,图2-34 Cyclone L

6、E结构图,2.4.2 Cyclone系列器件的结构与原理,图2-35 Cyclone LE普通模式,2.4.2 Cyclone系列器件的结构与原理,图2-36 Cyclone LE动态算术模式,2.4.2 Cyclone系列器件的结构与原理,图2-37 Cyclone LAB结构,2.4.2 Cyclone系列器件的结构与原理,图2-38 LAB阵列,2.4.2 Cyclone系列器件的结构与原理,图2-39 LAB控制信号生成,2.4.2 Cyclone系列器件的结构与原理,图2-40 快速进位选择链,2.4 FPGA的结构与工作原理,图2-41 LUT链和寄存器链的使用,2.4.2 Cyc

7、lone系列器件的结构与原理,2.4 FPGA的结构与工作原理,图2-42 LVDS连接,2.4.2 Cyclone系列器件的结构与原理,2.5 硬件测试技术,图2-43 边界扫描电路结构,2.5.1 内部逻辑测试,2.5.2 JTAG边界扫描测试,2.5.2 JTAG边界扫描测试,表2-1 边界扫描IO引脚功能,图2-44 边界扫描数据移位方式,2.5.2 JTAG边界扫描测试,图2-45 JTAG BST系统内部结构,2.5.2 JTAG边界扫描测试,图2-46 JTAG BST系统与与FLEX器件关联结构图,2.5 硬件测试技术,图2-47 JTAG BST选择命令模式时序,2.5.2

8、JTAG边界扫描测试,2.5 硬件测试技术,2.5.2 JTAG边界扫描测试,TAP控制器的命令模式有,SAMPLEPRELOAD指令模式,EXTEST指令模式,BYPASS指令模式,IDCODE指令模式,USERCODE指令模式,2.5.3 嵌入式逻辑分析仪,2.6 FPGA/CPLD产品概述,2.6.1 Lattice公司CPLD器件系列,1. ispLSI器件系列,1）ispLSI1000E系列。 （2）ispLSI2000E/2000VL/200VE系列。 （3）ispLSI5000V系列。 （4）ispLSI 8000/8000V系列,2.6 FPGA/CPLD产品概述,2.6.1

9、Lattice公司CPLD器件系列,2. 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,2.6 FPGA/CPLD产品概述,2.6.1 Lattice公司CPLD器件系列,3. ispMACH4000系列,4. Lattice EC & 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 ispMACH 4000V、ispMACH 4000B 和 ispMACH 4000C 器件系列,2.6

10、FPGA/CPLD产品概述,2.6.2 Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列,1. Virtex-4系列FPGA,2. Spartan& Spartan-3 & Spartan 3E器件系列,3. XC9500 & XC9500XL系列CPLD,4. Xilinx FPGA配置器件SPROM,5. Xilinx的IP核,2.6 FPGA/CPLD产品概述,2.6.3 Altera公司FPGA和CPLD器件系列,1. Stratix II 系列FPGA,2. Stratix系列FPGA,3. ACEX系列FPGA,4. FLEX系列FPGA,5. MAX系列CPLD,6. Cyclone

11、系列FPGA低成本FPGA,7. Cyclone II系列FPGA,8. MAX II系列器件,9. Altera宏功能块及IP核,2.6 FPGA/CPLD产品概述,2.6.4 Actel公司的FPGA器件,2.6.5 Altera公司的FPGA配置方式与配置器件,表2-2 Altera FPGA常用配置器件,2.7 编程与配置,表2-3 图2-48接口各引脚信号名称,基于电可擦除存储单元的EEPROM或Flash技术,基于SRAM查找表的编程单元,基于反熔丝编程单元,2.7 编程与配置,2.7.1 JTAG方式的在系统编程,图2-48 CPLD编程下载连接图,2.7 编程与配置,2.7.1

12、 JTAG方式的在系统编程,图2-49 多CPLD芯片ISP编程连接方式,2.7 编程与配置,2.7.2 使用PC并行口配置FPGA,图2-50 PS模式，FLEX10K配置时序,2.7.2 使用PC并行口配置FPGA,图2-51 多FPGA芯片配置电路,2.7 编程与配置,2.7.3 FPGA专用配置器件,图2-52 FPGA使用EPC配置器件的配置时序,2.7 编程与配置,2.7.3 FPGA专用配置器件,图2-53 FPGA的配置电路原理图（注，此图来自Altera资料，中间一上拉线应串1K电阻,2.7 编程与配置,2.7.3 FPGA专用配置器件,图2-54 EPCS器件配置FPGA的

13、电路原理图,2.7 编程与配置,2.7.4 使用单片机配置FPGA,图2-55 用89C52进行配置,2.7 编程与配置,2.7.5 使用CPLD配置FPGA,使用单片机配置的缺点： 1、速度慢，不适用于大规模FPGA和高可靠应用； 2、容量小，单片机引脚少，不适合接大的ROM以存 储较大的配置文件； 3、体积大，成本和功耗都不利于相关的设计,习 题,2-1 OLMC有何功能？说明GAL是怎样实现可编程组合电路与时序电 路的。 2-2 什么是基于乘积项的可编程逻辑结构？ 2-3 什么是基于查找表的可编程逻辑结构？ 2-4 FLEX10K系列器件中的EAB有何作用？ 2-5 与传统的测试技术相比，边界扫描技术有何优点？ 2-6 解释编程与配置这两个概念。 2-7 请参阅相关资料，并回答问题：如本章给出的归类方式，将基于乘 积项的可编程逻辑结构的PLD器件归类为CPLD；将基于查找表的可编程逻辑结构的PLD器件归类为FPGA，那么，APEX系列属于什么类型PLD器件？