--FPGA-选型-器件知识

1、FPGA应用,器件 知识,内容安排,CPLD/FPGA概述 CPLD简介 Xilinx FPGA结构介绍 Altera FPGA简介 其它,数字IC分类,可编程器件(PLD),简单PLD PROM:与阵列固定，或阵列可编程，输出不可编程 PLA:与阵列可编程，或阵列固定，输出不可编程 PAL:与、或阵列可编程，输出不可编程 GAL:与、或阵列可编程，输出宏单元可编程 CPLD:复杂可编程逻辑器件 FPGA：现场可编程门陈列,可编程器件的发展过程,PROM,可编程器件的发展过程,PAL,可编程器件的发展过程,GAL,PLD基本结构,F1 = ABC+ABC,F2 = AB+ABC,PLD基本结构

2、,可编程与或组合逻辑,可编程时序逻辑,可编程I/O,CPLD结构,FPGA应用,随机逻辑,替代小规模逻辑芯片 原型设计,验证 计算引擎 快速仿真 可重配置硬件 小批量生产,Xilinx CPLD/FPGA系列,Xilinx FPGA当前主流产品分类,Xilinx产品型号,XC(n)(C)(m.m)(E) (C)：系列 S：Spartan V：Virtex;VP：Virtex Pro;VPX：Virtex Pro X; (n)：代 2,3. (m.m)：编号 (E)：子系列型 E:面向门逻辑 L:面向低功耗,Xilinx产品型号(Spartan-3),Xilinx产品型号(Virtex-4LX)

3、,Spartan系列结构,Spartan系列结构组成,可配置模块(CLB) 输入/输出接口模块(IOB) BlockRAM 数字锁向环(DLL),可配置模块(CLB),每个CLB包括2个Slices 每个Slice包括2个LUT、2个触发器及相关逻辑 逻辑单元(LC)：CLB基本结构； 4输入函数发生器(4输入LUT，161bit同步RAM或移位寄存器) 存储逻辑：D触发器或锁存器 进位控制逻辑,Slice结构,LUT结构,IOB结构,可编程延时(Programmable Delay) 可编程输出缓冲器 可编程输入缓冲器 偏置和ESD网络 内部基准 到下一个I/O的连接 到另一Bank Vre

4、f输入端的连接 I/O到封装脚的连接,IOB结构,Bank分布,BlockRAM,同步双端口RAM 可实现FPGA内部大容量数据存储,可编程互连网络,数字延迟锁向环(DLL),时钟控制 比PLL锁向性能稳定，相为偏移不累加 应用： 消除分布延迟 倍频、分频、移相,Virtex系列结构,CLB：4个Slice结构 IOB BlockRAM 数字时钟管理器(DCM) 乘法器,CLB,IOB,乘法器,乘法器,A17:0,B17:0,P35:0,Virtex-II Pro系列,PowerPC405处理器模块 RocketIOMGT(多Gbit收发器) CLB IOB DCM BlockRAM 乘法器,

5、Virtex-IIPro版图,PowerPC405处理器模块,PowerPC405 硬核 OCM控制器与接口：硬核与BlockRAM接口 时钟/控制接口逻辑 CPU-FPGA接口 PLB：处理器局部总线(ISBRAM、DSBRAM) DCR：设备控制寄存器接口 OCM：与FPGA内部BlockRAM连接 EIC：外部中断接口 CPM：时钟电源管理 初始化接口，调试接口,RocketIO MGT(多Gbit收发器),速率可调全双工串行收发器，速度800Mbps3.12Gbps 串行差分信号可调,嵌入式FPGA(Virtex II Pro),内嵌4个PowerPC405 CPU硬核 深埋式应用 复

6、杂嵌入式应用,深埋式应用,BlockRAM,数据处理,BlockRAM,PowerPC405,深埋式应用,结构特点： CPU不与外界接口 CPU与FPGA构造逻辑关联 使用片内BlockRAM作访问存储区 片外信息访问由构造逻辑处理 应用特点： 内部复杂逻辑控制 数据包处理,复杂嵌入式应用,Altera FPGA系列,Altera产品型号,EP(n)(C1)(C2)(m.m) (n)：系列代，1、2、3 (C1):系列 C:Cyclone S:Stratix,Stratix-II M:Mercury (C2):子系列 L: E:扩展 (m.m)：编号,Cyclone-II,Stratix-II

7、I,嵌入式FPGA,SOPC：Nios,NiosII Cyclone,Stratix系列均支持 NiosII 32位软核处理器 6级流水线 最高266M主频 完整的开发工具集,CPLD vs FPGA,CPLD vs FPGA,FPGA vs CPLD,集成度 FPGA可以达到比 CPLD更高的集成度 ,同时也具有更复杂的布线结构和逻辑实现 适合结构 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积项丰富的结构 编程 CPLD通过修改具有固定内连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

8、,在编程上 FPGA比 CPLD具有更大的灵活性,FPGA vs CPLD,使用方便性 CPLD比 FPGA要好。 CPLD的编程工艺采用 E2或FASTFLASH技术 ,无需外部存储器芯片 ,使用简单 ,保密性好。而基于 SRAM编程的FPGA,其编程信息需存放在外部存储器上 ,需外部存储器芯片 ,且使用方法复杂 ,保密性差,FPGA vs CPLD,编程方式 目前的 CPLD主要是基于E2 PROM或 FLASH存储器编程 ,编程次数达 1万次。其优点是在系统断电后 ,编程信息不丢失。CPLD又可分为在编程器上编程和在系统编程 (ISP) CPLD两种。 FPGA大部分是基于 SRAM编程

9、 ,其缺点是编程数据信息在系统断电时丢失 ,每次上电时 ,需从器件的外部存储器或计算机中将编程数据写入 SRAM中。其优点是可进行任意次数的编程 ,并可在工作中快速编程 ,实现板级和系统级的动态配置 ,因此可称为在线重配置的 PLD或可重配置硬件,Xilinx FPGA配置,外部配置 FPGA布线逻辑存储在配置芯片中 FPGA工作时，从配置芯片中读取配置信息，产生工作逻辑 外部配置芯片类型 PROM Flash MCU,FPGA配置工作方式,JTAG Parallel:并口 Master Serial模式：读取串行PROM数据在线配置，配置时钟在FPGA内部 Slave Serial模式：配置

10、时钟由外部提供 Master Select MAP模式：读取串行PROM Slave Select MAP模式：其它可编程MCU支持,全球主要FPGA厂商,Xilinx: FPGA的发明者，老牌PLD公司，是最大可编程逻辑器件供应商之一。产品种类较全，主要有：XC9500/4000，Coolrunner ，Spartan, Vertex 。开发软件为：ISE9.1i 。通常来说，在欧洲用Xilinx的人多，在日本和亚太地区用ALTERA的人多，在美国则是平分秋色。全球PLD/FPGA产品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以讲Altera和Xilinx共同决定了PLD技术的发展方向。,全球主要FPGA厂商, 九十年代以后发展很快，是最大可编程逻辑器件供应商之一。主要产品有：MAX3000/7000,Cyclone,Stratix。普遍认为其开发工具QuartusII提供了对系列芯片的最好支持。,全球主要FPGA厂商, Lattice是ISP技术的发明者,ISP(In System