89FPGA基础知识课件

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(内部资料)一二请在这里输入您的主要叙述内容整体概述三请在这里输入您的主要叙述内容请在这里输入您的主要叙述内容主要内容1、数字集成电路的发展2、PLD的发展3、FPGA和CPLD的区别4、硬件描述语言的介绍5、FPGA应用6、FPGA的设计流程7、四大主要的FPGA公司产品介绍主要内容1、数字集成电路的发展2、PLD的发展3、FPGA和CPLD的区别4、硬件描述语言的介绍5、FPGA应用6、FPGA的设计流程7、四大主要的FPGA公司产品介绍数字集成电路的发展电子管晶体管中小规模集成电路超大规模集成电路（VLSI）专用集成电路（ASIC）降低成本、提高了可靠性、缩小了物理尺寸设计的周期长、改版投资大、灵活性差等PLD（PAL、PLA、GLA、CPLD、FPGA等）ASIC设计方法ASIC设计方法全定制半定制门阵列法标准单元法可编程逻辑器件法一般的ASIC设计流程系统规范说明系统划分逻辑设计与综合综合后仿真版图设计版图验证参数提取和后仿真制版、流片芯片测试主要内容1、数字集成电路的发展2、PLD的发展3、FPGA和CPLD的区别4、硬件描述语言的介绍5、FPGA应用6、FPGA的设计流程7、四大主要的FPGA公司产品介绍PLD(ProgrammableLogicDevice)分类可编程的PLD简单的PLD复杂的PLDCPLDFPGAPROMPLAPALGAL按照集成度来分1、熔丝（Fuse）型器件2、反熔丝（Anti-fuse）型器件3、EPROM型4、EEPROM型5、SRAM型6、Flash型PLD(ProgrammableLogicDevice)分类按照工艺来分PLD结构PROM—可编程的或阵列和不可编程的与阵列PROM只用于组合逻辑，当输入变量增加时会引起存储容量的大幅度增加，多输入的组合函数不适合PROM实现。PLA（可编程逻辑阵列）—或阵列和与阵列都可编程由于与或都可编程，大大缓解了规模迅速增加的问题，但是需要与或地最简表达式，软件的算法比较复杂，而且与或都可编程，不可避免的使器件运行速度下降。PAL（可编程阵列逻辑）—可编程的与阵列和不可编程的或阵列或阵列（固定）与阵列（可编程）由于或阵列的固定，提高了速度，而且逻辑函数输出化简不必考虑公共的乘积项，大大简化了算法。GAL（通用阵列逻辑）—与阵列和或阵列都可编程，输出有宏单元。由此发展到CPLD、FPGA……为了解决时序逻辑的问题，1985年Lattice在PAL基础上设计出了GAL，首次采用了EEPROM，具有可擦除性，在PAL基础上增加了输出宏单元OLMC，可以配置成组合输出、专用输入、组合输出双向口、寄存器输出、寄存器输出双向口等简单PLD被淘汰的原因阵列规模太小寄存器资源不足I/O不够灵活编程不方便，熔丝的更不变便由此应运而生了CPLD、FPGA……主要内容1、数字集成电路的发展2、PLD的发展3、FPGA和CPLD的区别4、硬件描述语言的介绍5、FPGA应用6、FPGA的设计流程7、四大主要的FPGA公司产品介绍CPLD和FPGA的区别CPLD（ComplexProgrammableLogicDevices）复杂可编程逻辑器件，基于宏单元——逻辑阵列、乘积项选择矩阵、可编程寄存器等。大部分采用EEPROM技术，少数基于Flash技术。FPGA（FieldProgrammableGateArray）现场可编程门阵列。基于LUT（Look-UPTable）和触发器，采用SRAM或者Flash技术。CPLD结构

采用这种结构的PLD芯片有：Altera的MAX7000，MAX3000系列（EEPROM工艺）,Xilinx的XC9500系列（Flash工艺）和Lattice,Cypress的大部分产品（EEPROM工艺）逻辑宏单元可编程连线FPGA结构LUT（Look—UPTable），实现组合逻辑DFF（D触发器），实现时序逻辑LE（LogicElement）或LC（LogicCell），包含LUT、触发器、进位链、级联链。LAB(LogicArrayBlock)，包含8个LE、相连的进位链、级联连等。LUT结构LE结构FPGA与CPLD的区别集成度高，资源多时序资源丰富分段式的布线结构决定延时不可预测编程方式灵活，通过改变内部的连线实现的速度慢大多基于SRAM结构，掉电易失，可以无限次编程保密性差功耗小集成度低，资源少组合逻辑丰富连续式的布线结构决定它的延时均匀和可预测性编程不太灵活，通过改变内部逻辑功能来编程的速度快基于EEPROM和Flash结构，不易失，编程次数在1万次左右保密性好功耗大FPGACPLD主要内容1、数字集成电路的发展2、PLD的发展3、FPGA和CPLD的区别4、硬件描述语言的介绍5、FPGA应用6、FPGA的设计流程7、四大主要的FPGA公司产品介绍FPGA的应用

微处理器是为通用而设计的，必须按照时钟的节拍，逐条取指、译指、执行，大多用于低速、实时性要求不高的场合，例如石油探测；FPGA应用场合相当多，特别是在高速的、实时性强并对时间要求相当苛刻的场合，有很强的数据处理能力，例如无线通信、雷达探测等；是FPGA的一些典型应用：典型应用一：接口逻辑控制——提供前所未有的灵活性1、PCI、PCIExpress、PS/2、USB等接口控制器2、SDRAM、DDR、SDRAM、QDR、SRAM、NANDFlash、NORFlash等接口控制器3、电平转换，LVDS、TTL、COMS、SSTL等1、无线通信领域，如软件无线电（SDR）；2、视频图像处理领域，如高清晰数字电视（HDTV）；3、军事和航空航天领域，如雷达声纳、安全通信。典型应用二：高速的数字信号处理——提供前所未有的计算能力1、汽车，如网关控制器、车用PC、远程信息处理系统等；2、消费产品，如显示器/投影仪、数字电视和机顶盒、家庭网络等；3、医疗，如电疗、血液分析仪、医疗检测设备等4、通信设备，如蜂窝基础设施、宽带无线通信、软件无线电等5、测试与测量，如通信测试与监测、半导体、自动测试设备、通用仪表等。

其他应用领域主要内容1、数字集成电路的发展2、PLD的发展3、FPGA和CPLD的区别4、硬件描述语言的介绍5、FPGA应用6、FPGA的设计流程7、四大主要的FPGA公司产品介绍FPGA的设计流程（1）设计定义（2）HDL实现（3）功能仿真（4）逻辑综合（5）前仿真（6）布局布线（7）后仿真（9）在系统测试逻辑仿真器逻辑综合器FPGA厂家工具逻辑仿真器逻辑仿真器（8）静态时序分析功能仿真RTL代码逻辑仿真器调用模块的行为仿真模型测试数据测试程序（testbench）逻辑综合RTL代码逻辑综合器调用模块的黑盒子接口设置综合目标和约束条件EDIF网表（netlist）HDL网表（netlist）前仿真逻辑综合器HDL网表（netlist）逻辑仿真器测试数据调用模块的行为仿真模型测试程序（testbench）布局布线逻辑综合器EDIF网表（netlist）FPGA厂家工具调用模块的综合模型设置布局布线约束条件HDL网表（netlist）SDF文件（标准延时格式）下载/编程文件后仿真FPGA厂家工具HDL网表（netlist）SDF文件（标准延时格式）逻辑仿真器测试数据FPGA基本单元仿真模型测试程序（testbench）主要内容1、数字集成电路的发展2、PLD的发展3、FPGA和CPLD的区别4、硬件描述语言的介绍5、FPGA应用6、FPGA的设计流程7、四大主要的FPGA公司产品介绍Altera公司Altera是著名的PLD生产厂商，多年来一直占据着行业领先的地位。Altera的PLD具有高性能、高集成度和高性价比的特点，在亚洲和日本用的较多。大致有以下几类：1、MAX系列CPLD MAX包括MAX9000、MAX7000A、MAX7000B、MAX7000S、MAX7000、MAX5000、MAX3000A等，这些器件的基本结构单元是乘积项，在工艺上采用EEPROM和EPROM，永久保存，可加密，宏单元少；2、FLEX系列

FLEX系列是Altera为DSP应用最早推出的FPGA器件，采用SRAM结构。3、ACEX系列

ACEX是Altera专门为通信、音频处理以及其他一些场合应用而推出的器件，是基于0.18um]、7层金属的SRAM工艺4、MAXII系列 将FPGA和CPLD技术结合在一起，主要针对控制逻辑的应用，成本最低的CPLD。5、Cyclone系列

Altera的低成本系列FPGA，平衡了逻辑、存储器、锁相环和高级的I/O接口，Cyclone系列是价格敏感应用的较好选择。6、CycloneII系列

Cyclone的第二代产品，采用TSMC1.2V、90nm、低K绝缘工艺，比第一代有更多的性能优势，密度和功能进一步提高，成本也下降。7、Stratix系列 采用1.5V内核，0.13nm全铜工艺，具有硬件的乘法器/硬件的累加器，全新的布线结构。8、StratixGX系列 基于130nm技术，带有20个500Mbps~3.1875Gbps收发器，可实现强大的收发器解决方案。9、StratixII系列 采用TSMC90nm技术，构建在ALM（自适应逻辑模块），比前代快50%。10、StratixIIGX系列 带有6.37Gbps收发器的90nm高性能、高密度FPGA11、StratixII系列

65nm高性能、高端FPGAXilinx公司1、CoolRunner系列——1.8v低功耗PLD产品。业界第一个低功耗PLD，适合用于电池供电系统。2、XC9500系列——Flash工艺PLD,常见型号有XC9536，XC9572，XC95144等。高性能、丰富的性能组合以及灵活性，密度高。3、EasyPath系列——为了大批量生产，从FPGA到ASIC的转换芯片系列。4、Spartan/XL——中等规模SRAM工艺FPGA，首条完整的低成本FPGA产品线，具有片上RAM，并提供对预定义IP核的广泛支持5、Spartan-II——2.5vSRAM工艺FPGA,SPARTAN的升级产品。由于SpartanII是xilinx唯一可以直接支持5v接口的主流FPGA，所以对于一些5v接口应用，仍然是一个比较好的选择。6、Spartan-IIE——Spartan–II的增强版，专门针对低成本快速变化的消费类市场而优化设计的FPGA。Xilinx也是最大可编程器件供应商之一，1985年首次推出了FPGA，随后不断推出新的集成度更高、速度更快、价格更低的FPGA，在欧洲用的人较多。7、Spartan-3/3L——新一代FPGA产品，结构与VirtexII类似，全球第一款90nm工艺FPGA，1.2v内核，于2003年开始陆续推出。8、Spartan-3E——xilinx推出的低成本FPGA，基于Spartan-3/3L，对性能和成本进一步优