EDA技术及应用项目教程 项目2-参考答案

项目2参考答案一、填空题1.逻辑器件分为两大类，分别是固定逻辑器件和可编程逻辑器件。2.可编程逻辑器件按规模大小可分为简单PLD和复杂PLD；按编程方式可分为一次可编程（OTP）和多次重复可编程（MTP）。3.目前应用最为广泛的大规模可编程逻辑器件分别是CPLD和FPGA。4.与-或结构的PLD主要由输入电路、与阵列、或阵列和输出电路四部分构成。5.PLD的中文含义是可编程逻辑器件，CPLD的中文含义是复杂可编程逻辑器件，FPGA的中文含义是现场可编程门阵列。6.MAX3000A从整体结构上看，器件主要由逻辑阵列块（LAB）、I/O控制模块和可编程互连阵列(PIA)这3部分组成。7.CPLD一般采用乘积项结构，其信息能够（能够/不能）加密；断电后，CPLD中的数据不会（会/不会）丢失。8.FPGA一般采用查找表结构，其信息不能（能够/不能）加密；断电后，FPGA中的数据会（会/不会）丢失。9.通常，将对CPLD的数据文件下载称为编程，而对FPGA中的SRAM数据直接下载的方式称为配置。二、单项选择题1.在（C）器件中，与门阵列可编程，或门阵列固定连接。A、PLAB、PROMC、PALD、ASIC2.在下列器件中，不属于高密可编程逻辑器件的是（D）。A、CPLDB、EPLDC、FPGAD、PAL3.可编程逻辑器件的基本结构形式为（A）。A、与-或B、或-与C、与-与D、或-或4.下列关于FPGA器件描述正确的是（C）。A、FPGA全称为复杂可编程逻辑器件B、FPGA属于乘积项结构的器件C、基于SRAM的FPGA器件，每次上电须进行一次配置D、Altera公司推出的MAX3000A属于FPGA结构5.下列关于CPLD器件描述正确的是（D）。A、CPLD是基于查找表结构的器件B、CPLD是现场可编程逻辑器件的英文简称C、早期的CPLD是从FPGA的结构扩展而来D、在Xilinx公司生产的器件中，XC9500系列属于CPLD结构6.对CPLD器件特点描述正确的是（B）。A、不能多次编程B、可多次编程C、用紫外线擦除D、用红外线擦除7.对FPGA器件特点描述正确的是（B）。A、采用E2PROM工艺B、采用SRAM工艺C、集成度比PAL和GAL低D、断电后配置数据不丢失8.只能一次编程的器件是（A）。A、PLAB、CPLDC、FPGAD、GAL三、多项选择题1.在数字电路中，基本门电路主要包含以下（ABCD）电路。A、与门B、或门C、非门D、异或门2..下列属于FPGA器件的系列产品有（ABCD）。A、Virtex-6B、Spartan-3EC、CycloneD、Stratix3.下列属于Altera公司推出的FPGA系列器件有（ACD）。A、ArriaVB、MAX7000C、Statix=5\*ROMANVD、Agilex4.下列属于Xilinx公司推出的FPGA系列器件有（AB）。A、UltraScaleB、Spartan-7C、XC9500D、CoolRunner5.下列属于Lattice公司推出的FPGA系列器件有（ABC）。A、EC/ECPB、SC/MC、MachXOD、ispMACH6.在下列器件中，不属于易失性器件的是（ABD）。A、CPLDB、EPLDC、FPGAD、PAL7.以下属于FPGA器件特点的是（ABCD）。A、高密度B、低功耗低成本C、可多次编程D、可现场模拟调试验证8.下列属于Cyclone=4\*ROMANIVE器件组成部分的有（ABCD）。A、LABB、嵌入式存储器块C、嵌入式乘法器D、I/O单元9.FPGA的配置方式包括（ABD）。A、PSB、JTAGC、PROMD、AS四、判断题1.Altera的Cyclone=4\*ROMANIV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。（√）2.Xilinx是全球领先的可编程逻辑完整解决方案供应商，高性能FPGA器件的最大供应商。（√）3.GAL是指专用集成电路。（×）4.Cyclone=4\*ROMANIVE属于CPLD器件。（×）5.Statix10系列是Altera公司于推出的具有高性能、高密度、低功耗等特点的高端FPGA。（√）6.FPGA是可编程逻辑器件，CPLD不是可编程逻辑器件。（×）7.CPLD属于“逻辑丰富”型器件，其门资源多而触发器较少；FPGA属于“寄存器丰富”型器件，其触发器资源丰富。（√）8.大部分FPGA采用SRAM（静态随机存储器）的查找表逻辑形成结构。（√）9.目前大多数CPLD采用了Flash工艺。（√）10.CPLD编程和FPGA配置可以使用专用的编程设备，也可以使用下载电缆。（√）五、简答题1.简述PROM、PAL、PLA、和GAL的基本结构特点。在PROM中，与门阵列是固定的，或门阵列是可编程的，器件采用熔丝工艺，一次性编程使用。PLA由与阵列和或阵列构成，这两个阵列均可编程，克服了PROM的缺陷，提高了存储单元的利用率。在PAL器件中，与门阵列是可编程的，或门阵列是固定连接的，它有多种输出和反馈结构，为数字逻辑设计带来了一定的灵活性，因而成为第一个得到普遍应用的PLD。GAL器件和PAL一样，它的与门阵列是可编程的，或门阵列是固定的。它采用输出逻辑宏单元（OLMC）的结构和E2PROM工艺，具有可编程、电可擦除、可长期保持数据的优点，使用方便。2.通常，PLD的分类方法有哪几种？从集成密度上分，PLD可分为低密度PLD（LDPLD）和高密度PLD（HDPLD）；结构上可以分为乘积项（Product-Term）结构器件和查找表结构器件；按编程次数的不同，可将PLD分为一次可编程（OTP）和多次重复可编程（MTP）两类；按编程工艺划分，PLD可分为熔丝型、反熔丝型、EPROM型、EEPROM型、SRAM型和Flash型。3.基本PLD的结构由哪些部分组成？各有什么作用？基本PLD的结构主要由输入电路、与阵列、或阵列、输出电路等部分组成。主体是由门电路构成的与阵列和或阵列，它们主要用来实现组合逻辑函数。输入处理电路是由输入缓冲器组成的，其功能主要是使输入信号具有足够的驱动能力并产生输入变量的原变量以及反变量两个互补的信号。输出处理电路主要由三态门寄存器组成，主要提供不同的输出方式，可以由或阵列直接输出（组合方式），也可以通过寄存器输出（时序方式）。4.MAX3000A的逻辑阵列块LAB由多少个宏单元构成？每个宏单元由哪些部分构成，各作用是什么？MAX3000A的逻辑阵列块LAB由16个宏单元构成，每个宏单元由3个功能块组成：逻辑阵列功能块、乘积项选择矩阵和可编程寄存器。其中逻辑阵列实现组合逻辑功能，可给每个宏单元提供5个乘积项；乘积项选择矩阵分配这些乘积项作为主要逻辑输入，以实现组合逻辑函数。可编程寄存器功能模块主要由可编程配置寄存器和时钟选择多路选择器、快速输入选择多路选择器、复位选择多路选择器、寄存器旁路选择多路选择器等组成。可配置寄存器可以单独地被配置为带有可编程时钟控制和D、T、JK或SR触发器工作方式，也可以将寄存器旁路掉，以实现组合逻辑工作方式。5.CPLD和FPGA在性能上有哪些差异？①CPLD它是“逻辑丰富”型器件，CPLD的门资源多而触发器资源较FPGA少，适合完成各种算法和组合逻辑；而FPGA是“寄存器丰富”型的(即其寄存器与逻辑门的比例高)器件，FPGA触发器资源丰富而门资源比CPLD少，更适合于完成时序逻辑。换句话说,FPGA更适合于触发器丰富的结构,而CPLD更适合于触发器有限而乘积项丰富的结构。②CPLD的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,而FPGA的分段式布线结构决定了其延迟的不可预测性。③在编程上FPGA比CPLD具有更大的灵活性。CPLD通过修改具有固定内部连线电路的逻辑功能来编程,FPGA主要通过改变内部连线的布线来编程；FPGA可在逻辑门下编程,而CPLD是在逻辑块下编程。④FPGA相对CPLD而言，其集成度比CPLD高,它的规模也比CPLD要大，并且FPGA具有更复杂的布线结构和逻辑实现。注意,CPLD和FPGA的门数的定义不一样，实际上对门没有统一的定义。不能认为CPLD的10000门的规模就比FPGA的5000门的规模大，我们比较能接受的是在ASIC中定义一个与非门为一个门。⑤CPLD比FPGA使用起来更方便。CPLD的编程采用E2PROM或FastFlash技术,无需外部存储器芯片,使用简单。而FPGA的编程信息需存放在外部存储器上,使用方法复杂。⑥CPLD的运行速度比FPGA快,并且具有较大的时间可预测性。这是因为FPGA采用门级编程,并且可配置逻辑模块CLB（ConfigurableLogicBlock）之间采用分布式互联,这意味着每个逻辑单元间存在延迟。如果将少量的逻辑紧密排列在一起,FPGA的速度相当快。然而,随着设计密度的增加,信号不得不通过许多开关,路由延迟也不断增加,从而大大降低了FPGA的整体运行速度。而CPLD是逻辑块级编程,并且其逻辑块之间的互联是集总式的，这意味着进出器件的路径经过较少的开关,相应地延迟也小。⑦在编程方式上,CPLD主要是基于E2PROM或FastFlash存储器编程,编程次数可达1万次,其特点是系统断电时编程信息不丢失。FPGA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，其特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。⑧CPLD保密性好,FPGA保密性差。⑨一般情况下,CPLD的功耗要比FPGA大,且集成度越高越明显。6.常见的大规模逻辑器件的编程和配置有哪些