第一部分CPLD及FPGA原理.ppt

1、以下内容由个人总结，未经过资料查证，如有错误敬请原谅。 - 杨振南,第一部分 CPLD/FPGA原理,数字电子系统（通信，消费，汽车控制）,处理器,数据存储,程序存储,ASIC 专用器件,人机接口,处理器种类： 通用处理器：80 x86，奔腾，AMD等 单片机：80 x51，AVR等 嵌入式处理器： ARM, MIPS, POWER PC等,存储器： 数据存储器：RAM, SRAM, DRAM, DDR SRAM 程序存储器：ROM, EEPROM,FLASH等,ASIC(专用芯片) 通信领域：编解码器，复用解复用器等 如: SDH收发器， 中继器，时隙交换等 消费电子：语音压缩，视频压缩，图

2、像处理 如：MP3编解码器， MPEG-4视频压缩解压缩芯片 汽车电子：CAN总线收发器,人机接口 键盘：按键编码，如ASCII码键盘 显示器：点阵显示，如LCD，数码管， LED电子屏幕,1.1 存储器的结构,D触发器可以用用来存储1个bit数据。 通过增加D触发器的个数就可以增加存储容量,1.2 处理器的结构,CPU内部所有模块都是由基本数字电路组成的，如，可能是与非门矩阵。,运算器 （算术， 逻辑）,各种 寄存器,控制器,接口单元,数据存储,程序存储,外围设备,1.3 ASIC结构,MT8980PCM时隙交换器的内部结构图。 细化到最后也是有与非门矩阵组成,结论： 数字电子系统中，所有的

3、器件都是可以最终细化为与非门阵列。所有的器件（芯片）从本质上来看都是一样的。 引申： 如果有一种器件，其内部就是无数的与非门阵列，而各个与非门的之间的连接关系是可以任意设置的。 通过合理设置与非门之间的关系就可以，制作出各种各样的数字芯片。,2. 可编程逻辑器件,2.1 PLA (Programmable Logic Array,可编程逻辑阵列),线路交叉点上，X表示可以编程为连接或不连接。表示连接，交叉点没有符号表示不连接,编程后,擦除后,可编程交叉点的实现原理：,自恢复熔丝,编程前，两线连接,自恢复熔丝断开,加大电压编程，是熔丝断开。,编程后断开,通过一定半导体技术是熔丝恢复。,2. 可编

4、程逻辑器件,2.1 PLA (Programmable Logic Array,可编程逻辑阵列) 简化多输入与门和多输入或门表示，如下图所示,线路交叉点上，X表示可以编程为连接或不连接。表示连接，交叉点没有符号表示不连接,2. 可编程逻辑器件,2.2 PAL (Programmable Array Logic,可编程阵列逻辑),PAL与PLA的差异：PLA是与阵列和或阵列都可以编程，PAL是只有与阵列可以编程，和或阵列可以编程，PAL的优点是，减少了器件的复杂程度,一种实际PAL内部结构图,可编程与阵列,数据输出接口电路,信号反馈回与阵列，变成输入,2.3 PLD (Programmable

5、Logic Device,可编程逻辑器件),在PAL基础上，包括可编程与阵列，和固定的或逻辑，增加输出所存寄存器，和三态输出。就构成了简单PLD的基本结构。,3.1 CPLD 基本结构,3. CPLD (Complicated Programmable Logic Device， 复杂可编程逻辑器件）,LAB：可编程阵列块 PIA：可编程互联信号线 I/O：信号输出驱动部分。,3.1 LAB(逻辑阵列块) 包含可编程与门阵列的单元。是可编程的主体部分。,3.1 FGPA 基本结构,4. FPGA (Field Programmable Gate Array， 现场可编程门阵列）,其结构与CPL

6、D相似。只是可编程LAB内部的结构发生了变化。 不再使用可编程与门阵列而是使用LUT替代。,3.2 LUT（lookup table， 查找表）,真值表：,数据存储器,D1,D0,Y0,地址输入,数据读出,00,01,10,11,3.1 LUT（lookup table， 查找表）,扩展：4x4bit的存储器， 可以实现所有4输入的逻辑功能。 从而，可以使用数据存储器替代可编程门阵列。 类似软件中查表法，由此得名查找表。,D1,D0,Y0,数据存储器,地址输入,数据读出,3.3 FGPA 的基础单元结构,小结： CPLD通过可编程门阵列实现器件功能的可编程，信号的交叉点是否连接取决于熔丝状态，

7、一旦编程，则器件功能确定；重新擦除后，编程空白器件。 FPGA通过RAM实现可编程功能。RAM的集成度高，实现比CPLD熔丝容易。 但是，RAM掉电数据丢失，所以FPGA每次掉电后变成空白片； 实际使用中，需要额外的ROM在上电后给RAM加载数据。是FPGA具有一定的功能。,5.2 LATTICE公司产品,5. FPGA /CPLD产品概述,1. ispLSI器件系列,2. ispMACH4000系列,3. Lattice EC & ECP系列,4. 开发平台ISP,5.1 Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列,2. Spartan& Spartan-3 & Spartan 3E器件系列,1. Virtex-4系列FPGA,3. XC9500 & XC9500XL系列CPLD,4. 开发平台ISE,5.3 Altera 公司产品,5. FPGA /CPLD产品概述,1. Stratix II 系列FPGA,5. MAX系列CPLD,3