可编程逻辑器件现状

1、FPGA/CPLD应用技术应用技术温国忠温国忠 、余菲、曾启明、余菲、曾启明晏凯、刘俐晏凯、刘俐可编程逻辑器件可编程逻辑器件现状现状 刘刘 俐俐 工程师工程师 电子邮件：电子邮件： 电话：电话编程逻辑器件发展历程PROM可编程只读存储器PROM（包括EPROM、EEPROM）是最早出现的PLD器件，出现于1970年，其内部结构由固定的“与阵列”和可编程的“或阵列”组成，它可以用来实现任何以“积之和”形式表示的各种组合逻辑。PROM采用熔丝工艺编程，只能写一次，不能擦除和重写。PLA可编程逻辑阵列PLA出现于20世纪70年代中期，由可编程的“与阵列”与可编程的“或阵列”

2、组成，是一种基于“与或阵列”的一次性编程器件，由于器件内部的资源利用率低，价格较贵，编程复杂，现已不常使用PAL可编程阵列逻辑PAL是1977年美国MMI公司（单片存储器公司）率先推出的，也是一种基于“与或阵列” 的一次性编程器件。PAL具有多种的输出结构形式，在数字逻辑设计上具有一定的灵活性，成为第一个得到普遍应用的可编程逻辑器件。GAL通用可编程阵列逻辑 GAL是1985年Lattice公司最先发明的可电擦写、可重复编程、可设置加密位的PLD器件。GAL器件在PAL基础之上，采用了一个可编程的输出逻辑宏单元OLMC，通过对OLMC配置可以得到多种形式的输出和反馈，所以GAL几乎完全代替了P

3、AL器件，并可以取代大部分中小规模数字集成电路，得到广泛应用。EPLD可擦除可编程逻辑器件EPLD是20世纪80年代中期Altera公司推出的基于UVEPROM和CMOS技术的PLD器件，目前主要是采用E2CMOS工艺。EPLD在GAL的基础之上大量增加输出宏单元的数目，提供更大的与阵列，比GAL更加灵活，集成度也有大幅度提高。因此可以说EPLD是改进的GAL，其内部连线相对固定，延时小，有利于器件在高频率下工作，其缺点是内部互连能力弱。CPLD复杂可编程逻辑器件CPLD是20世纪80年代末Lattice公司提出了在线可编程（ISP，In System Programming）技术以后于20世

4、纪90年代初出现的。CPLD是在EPLD的基础上发展起来的，采用E2CMOS工艺，与EPLD相比，增加了内部连线，对逻辑宏单元和I/O单元也有重大的改进。CPLD器件是本书重点介绍的PLD器件之一。FPGA现场可编程门阵列FPGA是Xilinx公司1985年首家推出的一种新型高密度PLD，采用CMOS-SRAM工艺。FPGA从结构上与之前的PLD器件采用与或阵列不同，它内部包含许多独立的可编程逻辑块（CLB），逻辑块之间可以灵活地相互连接。可编程逻辑块CLB的功能很强，不仅能够实现逻辑函数，还可以配置成RAM等复杂的形式，是目前最受欢迎的、应用最广的可编程逻辑器件，也是本书重点讨论的PLD器件

5、之一。目前最主要的两种PLD类型CPLD Vs. FPGACPLDFPGA更适合完成各种算法和组合逻辑，即CPLD更适合于触发器有限而乘积项丰富的结构。更适合完成时序逻辑，即FPGA更适合于触发器丰富的结构。连续式布线结构决定了它的时序延迟是均匀的和可预测的。分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性。过修改具有固定内连电路的逻辑功能来编程，是在逻辑块下编程。 主要通过改变内部连线的布线来编程，可在逻辑门下编程。在编程上FPGA比CPLD具有更大的灵活性。集成度比FPGA低。集成度比CPLD高，具有更复杂的布线结构和逻辑实现。编程采用E2PROM或FASTFLASH技术，无需外部存储器芯片，使用简

6、单。编程信息需存放在外部存储器上，使用方法复杂。逻辑块级编程，并且其逻辑块之间的互联是集总式的，因此CPLD的速度比FPGA快，并且具有较大的时间可预测性。门级编程，并且CLB之间采用分布式互联，因此FPGA的编程速度比CPLD慢。基于E2PROM或FLASH存储器编程，编程次数可达1万次，系统断电时编程信息也不丢失。CPLD又可分为在编程器上编程和在系统编程两类。大部分是基于SRAM编程，编程信息在系统断电时丢失，每次上电时，需从器件外部将编程数据重新写入SRAM中，其优点是可以编程任意次，可在工作中快速编程，从而实现板级和系统级的动态配置。保密性好。保密性差。一般情况下，CPLD的功耗要比FPGA大，且集成度越高越明显。功耗较低。 目前，可编程逻辑器件进入“片上可编程系统”SOPC的阶段。SOPC将处理器、存储系统、I/O、LVD S、CDR等系统设计功能模块集成到一个可编程器件上，构成一个可编程的片上系统。 赛灵思和Altera都推出了相应的SOCFPGA产品，制造工艺达到65nm，系统门数高达百万门。其中内嵌了硬核高速乘法器、Gbit差分串行接口，时钟频率高达 500MHZ 的 PowerPC 微处理器，软件MicroBlaze、Picobl