2018数字电路chapterfpga基础知识

可编程逻辑器件－PLD可编程逻辑器件逻辑器件：用来实现某种特定逻辑功能的电子器件，最简单的逻辑器件是与、或、非门（74LS00，74LS04等），在此基础上可实现复杂的时序和组合逻辑功能。可编程逻辑器件（PLD－－ProgrammableLogicDevice）：器件的功能不是固定不变的，可根据用户需要进行改变，即由编程的方法来确定器件的逻辑功能。参考书夏闻宇，Verilog数字系统设计教程，北京航空航天大学出版社；王金明，数字系统设计与VerilogHDL，电子工业出版社；杨晖，大规模可编程逻辑器件与数字系统设计，北京航空航天大学出版社；褚振勇，FPGA设计及应用，西安电子科技大学出版社。采用中小规模器件的局限电路板面积很大，芯片数量很多，功耗很大，可靠性低－－(需要能提高芯片的集成度)设计比较困难－－(需要能方便地发现设计错误)电路修改很麻烦－－(需要能提供方便的修改手段)数字电路回顾PLD出现的背景电路集成度不断提高SSIMSILSIVLSI计算机技术的发展使EDA技术得到广泛应用设计方法的发展自下而上自上而下用户需要设计自己需要的专用电路专用集成电路（ASIC－ApplicationSpecificIntegratedCircuits）开发周期长，投入大，风险大可编程器件PLD：开发周期短，投入小，风险小PLD器件的优点集成度高，可以替代多至几千块通用IC芯片极大减小电路的面积，降低功耗，提高可靠性具有完善先进的开发工具提供语言、图形等设计方法，十分灵活通过仿真工具来验证设计的正确性可反复地擦除、编程，方便设计的修改和升级灵活地定义管脚功能，减轻设计工作量，缩短系统开发时间保密性好主要PLD生产厂家最大的PLD供应商之一FPGA的发明者，最大的PLD供应商之一ISP技术的发明者提供军品及宇航级产品可编程逻辑器件(PLD)

可编程阵列逻辑(PAL）可编程逻辑阵列(PLA)

FPGACPLD早期FPGA现在PLD器件的分类－按集成度低密度PROM,EPROM,EEPROM,PAL,PLA,GAL只能完成较小规模的逻辑电路高密度，已经有超过400万门的器件EPLD,CPLD,FPGA可用于设计大规模的数字系统,集成度高，甚至可以做到SOC（SystemOnaChip）PLD器件的分类－按结构特点基于与或阵列结构的器件－阵列型PROM，EEPROM，PAL，GAL，CPLD基于查找表的器件－单元型FPGAPLD器件的分类－按编程工艺 熔丝或反熔丝编程器件－Actel的FPGA器件体积小，集成度高，速度高，易加密，抗干扰，耐高温只能一次编程，在设计初期阶段不灵活SRAM－大多数公司的FPGA器件可反复编程，实现系统功能的动态重构每次上电需重新下载，实际应用时需外挂EEPROM用于保存程序EEPROM－大多数CPLD器件可反复编程不用每次上电重新下载，但相对速度慢，功耗较大数字电路的基本组成任何组合电路都可表示为其所有输入信号的最小项之和或者最大项之积的标准形式。时序电路包含记忆器件（触发器），其反馈信号和输入信号通过逻辑关系共同决定输出信号。PLD的逻辑符号表示方法与门乘积项PROM结构与阵列为全译码阵列，器件的规模将随着输入信号数量n的增加成2n指数级增长。因此PROM一般只用于数据存储器，不适于实现逻辑函数。EPROM(可擦写可编程只读存储器)和EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)用PROM实现组合逻辑电路实现的函数为：固定连接点（与）编程连接点（或）与阵列可编程使输入项增多，或阵列固定使器件简化。PAL结构ProgrammableArrayLogicAnBnCnAnBnCnAnBnCnAnBnCnAnBnAnCnBnCn用PAL实现全加器查找表的基本原理实际逻辑电路LUT的实现方式

a,b,c,d输入逻辑输出地址RAM中存储的内容00000000000001000010....0...01111111111N个输入的逻辑函数需要2的N次方容量的SRAM实现，一般多个输入的查找表采用多个逻辑块级连的方式查找表Y=ABC+A’CD’令A=A3B=A2C=A1D=A0A3A2A1A0YA3A2A1A0Y00000100000001010010001011010000110101100100011000010101101001101111010111011111查找表Y=sinXX=0,5,10,15,……A6A5A4A3A2A1A0YA6A5A4A3A2A1A0Y0000000Sin0(0)0001000Sin55(0.819)0000001Sin5(0.087)0001001Sin60(0.866)0000010Sin10(0.173)0001010Sin65(0.906)0000011Sin15(0.258)0001011Sin70(0.939)0000100Sin20(0.342)0001100Sin75(0.965)0000101Sin25(0.422)0001101Sin80(0.984)0000110Sin30(0.500)0001110Sin85(0.996)0000111Sin35(0.573)0001111Sin90(1.000)0001000Sin40(0.642)0010000Sin95(0.996)0001001Sin45(0.707)0010001Sin100(0.984)0001010Sin50(0.766)…………

LE，CycloneII结构的最小逻辑单元。它可提供先进的高效逻辑利用率。每个LE特征：1.四输入查找表（LUT）2.一个可编程寄存器3.进位链连接4.寄存器链连接5.驱动所有类型的内部链接6.支持寄存器包7.支持寄存器反馈

CycloneII

FPGA

的LELogicElements(LE)CPLD与FPGA的区别CPLDFPGA内部结构Product－termLook－upTable程序存储内部EEPROMSRAM,外挂EEPROM资源类型组合电路资源丰富触发器资源丰富集成度低高使用场合完成控制逻辑能完成比较复杂的算法速度慢快其他资源－EAB，锁相环保密性可加密一般不能保密PLD器件的命名与选型EPM7

128

S

L

C

84－10EPM7：产品系列为EPM7000系列128：有128个逻辑宏单元S：电压为5V，A为3.3V，B为2.5VL：封装为PLCC，Q代表PQFP等C：商业级（Commercial）0～70度，

I：工业级（Industry），－40～85度

M：军品级（Military），－55～125度84：管脚数目10：速度级别PLD器件的命名与选型管脚的定义特殊功能的管脚电源脚VCC和GND，VCC一般分为VCCINT和VCCIO两种JTAG管脚：实现在线编程和边界扫描配置管脚（FPGA）：用于由EEPROM配置芯片信号管脚专用输入管脚：全局时钟、复位、置位可随意配置其功能为：输入、输出、双向、三态在系统编程技术ISP

InSystemProgram未编程前先焊接安装减少对器件损伤不计较封装形式系统内编程--ISP在系统现场重编程修改允许现场硬件升级迅速方便地升级ISP功能提高设计和应用的灵活性样机制造方便支持生产和测试流程中的修改不需专门编程器在系统编程技术ISP

InSystemProgramTerasicDE1-SoCDevelopmentKitTerasicDE1-SoCDevelopmentKitAlter