(完整版)CPLD选型

1、经过几十年的发展，全球各大开发商和供货商都开发出了多种可编程逻辑器件.比较典型的就是Xilinx公司的FPGA器件和Altera公司的CPLD器件系列，他们开发较早，占有大部分市场?在欧洲用Xilinx的人多，而Altera公司占有日本和亚太地区的大部分市场，在美国则是平分秋色。以上两家公司占有了全球60%以上的市场份额，他们共同决定了PLD技术的发展方向。Lattice公司在1999年收购了Vantis，成为第三大PLD供应商。其它供货商还有Actel，Quicklogic，Lucent等等，下面作一简要介绍:Altera公司是90年代以后发展最快、最大的可编程逻辑器件供应商之一。主要产品有

2、:MAX3000/7000，FLEX10K，APEX20K，ACEX1K，Stratix，Cyclone等；开发软件为MaxplusII和QuartusII。其中MaxplusH是公认的最成功的PLD开发平台之一，配合使用Altera公司提供的免费OEMHDL综合工具可以达到最高的效率。公司提供免费试用版或演示版(当然商业版大都要收费的)，可以免费从其公司网站上下载MaxplusI(BASELINE版或学生版)，或向其代理商索取该软件，然后再从其专业网站上申请注册文件license进行注册以后便可使用。这套软件能够满足一般学习和简单开发的要求?Xilinx公司是FPGA的发明者，也是全球最大的

3、可编程逻辑器件的供应商之一。产品种类较全，主要有:XC9500/4000，Coolrunner(XPLA3)，Spartan，Virtex等；开发软件为Foundation和ISE。ISE(IntegratedSystemConfiguration)提供从设计输入、仿真、编译、布局布线和下载的全程功能，其最新版本为6.1版，支持Xilinx公司推出的所有最新的FPGA器件，如Virtex-IPro，Virtex-I，Spartan-IE和coolrunner-I。该公司推出免费软件:WEBPACK。同样也需要在其专业网站上申请授权文件进行注册才能使用。近年来，Xilinx在其FPGA里固化了各

4、种硬核，如存储器，时钟管理和算术功能，其最新的成果是在FPGA里集成了硬CPUcore和高速串行I/Ocore，具有通过Internet重配置逻辑的功能。Lattice是ISP技术的发明者，ISP技术极大的促进了PLD产品的发展。与上两家公司相比，其开发工具略逊一筹。中小规模的可编程逻辑器件较有特色。1999年推出可编程模拟器件，同年收购了Vantis(原AMD子公司)，成为第三大可编程逻辑器件供应商。于2001收购Agere公司(原Lucent微电子部)的FPGA部门。主要产品有ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5，ispMACH4000等。AlteraCPLDAlter

5、a公司作为全球最大的可编程逻辑器件供应商之一，可提供MAX7000S(E)、MAX7000A(AE)、MAX7000B、FLEX6000A、FLEX10KA、FLEX10KE等系列产品。这些产品可用于组合逻辑、时序、算法、双端口RAM、FIFO的设计。在加ALTERA公司的MAX+pulsII9.62开发软件集设计输入、处理、校验和器件编程于一体，集成度高，开发周期短。EPM7000系列CPLD器件的性能特点以第二代多阵列矩阵（MAX）结构为基础，是一种高性能CMOSEEPROM器件；通过JTAG接口可实现在线编程（ISP）；逻辑密度为6005000个可用编程门电路，128个宏单元；引脚到引脚

6、的逻辑延时为5.0ns,计数器工作频率可达到178MHz；有集电极开路选择，可编程宏单元触发器；具有专有的清除、时钟、输出使能控制；包括一个可编程的程序加密位，全面保护专利设计。風刊£&FM7032EFPU7064EfWTOMSG5cE5W7128sEMTlZSSEFM7160ESrTOl&OSefk7igz2E=1C71!52SMO125013-M32003750壬lZiICO192Z"6>-lflIf3®血1M1(Xli<(IL=)=112)二-5A-751ST/nsE网JEg5:陀UAlEi.5(nA2.53N52.5tCC?l/

7、ns4忙354£电<4.5jriGest宅Em1SS酬sdSdJJJJi22一巨右蚌M*M討/|3uMJd7LjjJj*0W彗顶埜耳云1i-JA寸Jw*Altera公司主流芯片选型指导MAX+PLUSII普遍认为MaxplusII曾经是最优秀的PLD开发平台之一，适合开发早期的中小规模PLD/FPGA,目前已经由QuartusII替代，不再推荐使用QuartusIIAltera新一代FPGA/PLD开发软件，适合新器件和大规模FPGA的开发，已经取代MaxplusII。SOPCBuilder:配合QuartusII，可以完成集成CPU的FPGA芯片的开发工作DSPBuilder

8、:QuartusII与Mathlab的接口，利用IP核在Mathlab中快速完成数字信号处理的仿真和最终FPGA实现软件下载目前有两种免费软件可以下载：l.MaxplusIIBaseline版，支持30,000门以下所有设计，支持原理图,AHDL语言，支持波形仿真，时间分析，编程下载约40M,目前已经不推荐使用，建议使用QuartusIIWeb版2.QuartusIIWeb版免费下载支持Altera绝大多数器件设计，支持原理图,HDL语言，支持波形仿真，时间分析，编程下载，和全版本的功能相差不大QuartusIIWeb版License申请任何用户都可以用网卡号申请5个月的免费license,到

9、期后可以继续申请IP库介绍主流芯片选型指导：1.主流PLD产品：MAXII：新一代PLD器件，0.18umfalsh工艺，2004年底推出，采用FPGA结构，配置芯片集成在内部，和普通PLD一样上电即可工作。容量比上一代大大增加，内部集成一片8Kbits串行EEPROM，增加很多功能。MAXII采用2.5v或者3.3v内核电压，MAXIIG系列采用1.8v内核电压。本站对该芯片评级：购买难易程度：简评：性价比不错，未来几年主流器件，推荐使用，不过MAXII容量较大，对于只需要几十个逻辑单元的简单逻辑应用，建议使用小容量的EPM3000A系列芯片MAXII器件家族FeatureEPM240/GE

10、PM570/GEPM1270/GEPM2210/G逻辑单元(LE)2405701,2702,210等效宏单元(Macrocell)1924409801,700最大用户IO80160212272内置Flash大小(bit)8K8K8K8K管脚到管脚延时(ns)3.6453.6-5.53.6-6.03.6-6.52主流FPGA产品Altera的主流FPGA分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求，如Cyclone，Cyclonell；还有一种侧重于高性能应用，容量大，性能能满足各类高端应用，如Startix，StratixII等，用户可以根据自己实际应用要求进行选择

11、。在性能可以满足的情况下，优先选择低成本器件。Cyclone(飓风)：Altera中等规模FPGA，2003年推出，0.13um工艺,1.5v内核供电，与Stratix结构类似，是一种低成本FPGA系列，是目前主流产品，其配置芯片也改用全新的产品。本站对该芯片评级：购买难易程度：简评：Altera最成功的器件之一，性价比不错，是一种适合中低端应用的通用FPGA，推荐使用Cyclone资料下载型号(1.5V)逻辑单元锁相环M4KRAM块备注EP1C32,910113每块RAM为4Kbit，可以另加1位奇偶校验位EP1C44,000217EP1C65,980220EP1C1212,060252EP

12、1C2020,060264Cyclonell：Cyclone的下一代产品，2005年开始推出，90nm工艺，1.2v内核供电，属于低成本FPGA，性能和Cyclone相当，提供了硬件乘法器单元本站对该芯片评级：购买难易程度：简评：刚刚推出的新一代低成本FPGA，目前市场零售还不容易买到，估计从2005年年底开始，将逐步取代Cyclone器件，成为Altera在中低FPGA市场中的主力产品。CycloneII资料下载CycloneII系列概览特性EP2C5EP2C8EP2C20EP2C35EP2C50EP2C70逻辑单元（LE）4,6088,25618,75233,21650,52868,416

13、M4KRAM块263652105129250RAM总量119,808165,888239,616483,840594,4321,152,000嵌入式18x18乘法器1318263586150锁相环（PLL）224444最大可用I/O管脚142182315475450622Stratix:altera大规模高端FPGA,2002年中期推出，0.13um工艺，1.5v内核供电。集成硬件乘加器，芯片内部结构比Altera以前的产品有很大变化。本站对该芯片评级:购买难易程度:简评：Startix芯片在2002年的推出，改变了Altera在FPGA市场上的被动局面。该芯片适合高端应用。随着2005年新一

14、代StratixII器件的推出，将被StratixII逐渐取代Stratix资料下载1.5v逻辑单元LE512bitRAM块4KbitRAM块512KMegaRAM块DSP块备注EP1S1010570946016每个DSP块可实现4个9x9乘法/累加器RAM块可以另加奇偶校验位EP1S201846019482210EP1S2525660224138210EP1S3032470295171412EP1S4041250384183414EP1S6057120574292618EP1S8079040767364922EP1S12011414011185201228StratixII:Stratix的

15、下一代产品，2004年中期推出，90um工艺，1.2v内核供电，大容量高性能FPGA本站对该芯片评级：购买难易程度：简评：性能超越Stratix,是未来几年中，Altera在高端FPGA市场中的主力产品StratixII资料下载4.FPGA配置芯片配置EEPROM用于配置SRAM工艺FPGA的EEPROM，EPC2以上的芯片可以用电缆多次擦写型号容量适用型号（详细内容请参阅数据手册）电压常用封装EPC1441（不可擦写）441Kbits6K,10K10-10K30,1K103.3/5v自动选择（可在软件中设定）8脚DIPEPC1（不可擦写）1Mbits10K30E/1K30,10K/1K50,

16、更大芯片要多片级连3.3/5v自动选择（可在软件中设定）8脚DIPEPC2（可重复擦写）2Mbits10K/1K/20K100以下，更大芯片要多片级连3.3/5v管脚控制（请查阅数据手册）20脚PLCCEPC8（可重复擦写）8Mbits100脚PQFPEPC16（可重复擦写）16Mbits88脚BGACyclone专用配置器件专门用于配置Cyclone器件的EEPROM，可以用ByteblasterII在线改写，电压为3.3v型号容量适用型号（详细内容请参阅数据手册）常用封装EPCS11MbitsEP1C3,EP1C4,EP1C6（压缩模式）8脚SOICEPCS44Mbits所有Cyclone

17、型号8脚SOIC各类配置芯片数据手册下载5.NoisII软处理器：verilog编写的一个32位/16位可编程CPU核，可以集成到各种FPGA中，Altera提供开发软件用于软件和硬件开发6更多可编程器件产品Altera公司还有很多仍然在广泛使用的可编程器件产品，如：ACEX1K,MAX3000A,FLEX10K,APEX20K,StratixGX,等等。XilinxCPLDXilinxCPLD系列器件包括XC9500系列器件、CoolRunnerXPLA和CoolRunner-II系列器件。XilinxCPLD器件可使用Foundation或ISE开发软件进行开发设计，也可使用专门针对CPL

18、D器件的Webpack开发软件进行设计。XC9500XC9500系列器件分XC95005V器件、XC9500XL3.3V器件和XC9500XV2.5V器件3种类型，XC9500系列可提供从最简单的PAL综合设计到最先进的实时硬件现场升级的全套解决方案。表1-1表1-3分别列出了XC9500、XC9500XL和XC9500XV系列器件的基本特征。表1-4表1-6则分别列出了XC9500、XC9500XL和XC9500XV器件的封装和I/O引脚数。其中f代表16位计数器操作频率，f表示一般目标系统设计中生成CNTsys多重功能块所需的内部操作频率。表1-1XC9500系列器件特征系列器件XC953

19、6XC9572XC95108XC95144XC95216XC95288宏单元3672108144216288可用门数80016002400320048006400寄存器3672108144216288tpDns57.57.57.510153.54.54.54.56.08.0Ms4.04.54.54.56.08.0J/MHz(1)100125125125111192.2Js/MHz(2)10083.383383366756.6表1-2XC9500XL系列器件特征系列器件XC9536XLXC9572XLXC95144XLXC95288XL宏单元3672144288可用门数8001600320064

20、00寄存器3672144288XilinxCoolRunner系列CPLD器件分CoolRunnerTI系列和CoolRunnerXPLA3系列器件。1999年8月，Xilinx收购了Philips的CoolRunner生产线并开始提供XPLA（eXtendenProgrammableLogicArray，加强型可编程逻辑阵列）系列器件，如表1-8所示。表1-8XPLA系列器件基本特性器件类型宏单元tp/ns系统时钟/MHzI/O引脚数加强型XPLAXCR3032A(3V)XCR5032A(5V)326.011132(PLCC44、VQFP44)XCR3064A(3V)XCR5064A(5V)

21、647.510532(PLCC44、VQFP44)、64(BGA56、VQFP100)XCR3128A(3V)XCR5128A(5V)1287.59580(VQFP100)、96(TQFP128)XPLA2XCR3320A(3V)3207.5100112(TQFP160)、192(BGA256)XCR3960A(3V)9607.5100384(BGA492)XPLA3XCR3032XL32520032(VQFO44、CSP48)XCR3064XL64616732(VQFP44)、44(CSP56)、64(VQFP100)XCR3128XL128616780(VQFP100)、104(CSP14

22、4、VQFP144)XCR3256XL2567.5133104(TQFP144)、160(208PQFT、280CSP)XCR3384XL3847.5133216(CSP280)XPLA系列器件包括加强型器件、XPLA2器件和XPLA3器件，其显著特点是高速度和低功耗，特别适合应用于手持、移动等功耗要求较低的设备，如PDA、笔记本电脑、移动电话等。表1-8列出了XPLA系列器件的基本特性。下面以XPLA器件为例，说明XPLA系列器件的主要特点。(1) 高密度：器件含有34382个宏单元。(2) 高性能：器件所有信号都有相同的延时，与其路径无关。t最快可达PD4ns。(3) 低功耗：完整的CMO

23、S结构，采用FZP(FastZeroPower)技术，器件静态电流100口A，正常工作时也比其他公司的CPLD小50%67%。(4) 总线友好I/O：无须外接上拉电阻，3.3V工作电压，可接受5VI/O信号。(5) 在系统可编程：所有器件具有在系统可编程特性，可达1万次编程/擦除次数。(6) 多时钟：多时钟资源使设计更方便。XilinxCoolRunnerTM-IICPLD器件提供高运算速度，易于与XC9500/XL/XV系列CPLD联合使用。在单一CPLD里，消耗极低的功率可实现XPLA3tm系列多功能性。这一点意味着通过系统内可编程功能使得原来同一部分可被用作数据高速通信、计算系统以及使得

24、便携式产品达到其领先技术水平。功率的低功耗和运算的高速度结合于同一器件中，使得运用更容易、花费更有效。已经获得Xilinx专利的FZP(FastZeroPowerTM)结构提供固有的低功率性能，而不需要任何专门的设计措施。Clocking技术和其他的能量节省特性延伸了用户的功率预算。目前，ISE4.11、WebFITTER和ISEWebpack均支持这一设计特性。表1-9给出了CoolRunner-IICPLD系列器件的宏单元数和关键时间参数。表1-10则详细描述了CoolRunner-ICPLD系列器件的高级特性。而表1-11为CoolRunLATTICE可编程逻辑器件选型指南目前，世界上两

25、大可编程逻辑芯片制造厂商Lattice、Vantis强强联手，其ispLSI系列和MACH系列CPLD产品具有集成度高、速度快、可靠性强等特点，代表着该领域的很高水平,并且有着丰富的软件支持，是可编程器件的首选产品之一。LATTICECPLD器件的性能特点高性能、高集成度、电可擦除CMOSCPLD；该系列均支持JTAG,能够在系统可编程；集成度1,000至43,750个PLD门，32至1080个宏单元ispLSI1000/E系列器件型号Tpdins)I<：G(FlA)寄存器出巻用霜萇管脚及封装IspLSIlOlGE7.5/10.59096'324rLGC/TQFr-44IspLS

26、I102412_/：l：5'2013014448&PLCC68T9FF100IspLSI10E7.5/10.1510192.：B40PLCC84TQFP100IspLSI1048E7.5710.15175£889612rQFF/TQFr-126IepLSI2032ES511032?322rLCC/TQFr-44TQFr48IspLSI2032E5/7.5/106032.社2：PLCC/TQFP-44TQFP48IspLSI20&4E4.5/7.5/10100&4&44TSFFIOOIs;pLSI2096E5/?.5/1013096966rQFF

27、/TQFr-128IipLSI212SE5/T.E/LOies1：2S1200TQFP-1T6IspLSI2032：'5/5.560號丞2：TLGC/TQFr-44TQFT48IspLSI207.5710/150032蘆rLCC7TQFr-44TQFP48IspLSIS&47.5710/1540B4B44PLCC84>/TQFP100IspLSI20967.5710/1515096966rQFF/T9Fr-126IepLSI212810/151651281288PQFF160/TQFF-1T6跚牛型号Tpd(r.s)JTAG-ISP宏单7G(mA)管脚及封装5/7.5/1

28、2/12/15ITO40?LCC/TQFP-44MACH1USF5/7.5/12/1/1532-YE332-40?LGC7TQFF-44MACH1315.5/7.5/12/12/1564iro6475?LCC/T!JFF/FQFF-64/100MACH131SP5.5/7.5/L2/12/1E64YES6475?LCC/TgFP/PQFP-S4/100MACH211B/7.S/12/1-2/1532.iro6440TLCC/TQFP-44MACH2USF6/7.5/：l/L2/L532YES阴40TLCC/TQFF-44MACH22J7.5/112/1548NO96TOTLCC/TQFF-B8

29、7100MACH22;1SP7.5/12/12/154SYES9670TLCC/TQFP-6S./100MACH2316/7.5/12/1-2/1564iro128135?LCC/T9Ff/FgFF-64/100MACH231SF6/7.5/12/1-2/1564YES12880?LCC/T9Ff/FgFF-B4/100MACH4A/5ACPLD器件的性能特点业内第一个使用0.25微米技术制造的CPLD；高性能、高密度、电可擦除CMOSCPLD；集成度1,250至20,000个PLD门，32至512个宏单元；具有可编程低功耗操作模式，可节省功耗；可提供高速度，可提供-5ns、-5.5ns、-6ns、-6.5ns、-7ns、-10ns、-12ns；该系列均支持JTAG,能够在系统可编程;器伴型口宏单一兀输拭输出JTQISPVccVTpil(ns)管脚履封装H4A-盛沌一3232IES55/5.5/7.5/10/12FLCC/TQFF-44/48M4A-盟磁.32YES55/5.5/6.5/7.5/1012'PLCC/TQFP-44/43H4