EDA技术 第二章 FPGACPLD结构与应用

1、第二章第二章 FPGA/CPLD结构与应用结构与应用2.1 PLD的分类2.2 简单PLD原理2.3 CPLD结构与工作原理2.4 FPGA结构与工作原理2.5 硬件测试2.6 PLD产品2.7 编程与配置教学目的教学目的掌握掌握CPLD/FPGA的结构及工的结构及工作原理作原理掌握掌握CPLD/FPGA的配置和编的配置和编程方法程方法1. 基本PLD器件的原理结构输入缓冲电路与阵列或阵列输出缓冲电路数字电路系统都是由与门、非门、或门、传输门等基本门来构成2.1 PLD的分类由基本门可以构成两类数字电路：组合电路：在逻辑上输出总是当前输入状态的函数。时序电路：输出是当前系统状态与当前输入状态的

2、函数。2.1 PLD的分类按集成度分：2.1 PLD的分类2.1 PLD的分类按结构分： 乘积项结构 基本结构为“与-或”阵列的器件 PLDCPLD 查找表结构 由查找表组成可编程门，再构成阵列 FPGA2.1 PLD的分类按编程工艺分： 熔丝（Fuse）型器件 反熔丝（Anti-Fuse）型器件 EPROM型器件 EEPROM型器件 SRAM型器件 Flash型器件2.2 PLD原理1. 电路符号表示：非门与门或门异或门2.2 PLD原理2. 电路结构表示：2.2 PLD原理3. PROM地址译码部分地址译码部分PROM存储单元阵列存储单元阵列输出缓冲部分输出缓冲部分与阵列固定与阵列固定或阵

3、列可编程或阵列可编程包含所有输入的最小项包含所有输入的最小项利用率低利用率低2.2 PLD原理4. PLA与阵列可编程与阵列可编程或阵列可编程或阵列可编程不需要包含输入变量的不需要包含输入变量的每个最小项每个最小项需要化简成最简的与或需要化简成最简的与或表达式表达式算法复杂，速度下降算法复杂，速度下降2.2 PLD原理5. PAL与阵列可编程与阵列可编程或阵列固定或阵列固定简化了设计算法简化了设计算法提高了运行速度提高了运行速度熔丝工艺生产，一次编熔丝工艺生产，一次编程，修改不方便程，修改不方便2.2 PLD原理6. GAL （General Array Logic） EEPROM工艺 或阵列

4、固定 与阵列可编程 OLMC（Output Logic Macro Cell） 专用组合输出、专用输入、组合输出双向口，寄存器输出、寄存器I/O等 结构图参看P35，图3-18 1. PLD器件的缺点阵列规模小，资源少片内寄存器资源不足，难构成时序电路I/O不灵活编程不方便2. CPLD器件的结构CPLD（Complex PLD）逻辑阵列块宏单元扩展乘积项可编程连线阵列I/O控制块 MAX7128S的结构MAX7000系列的单个宏单元结构可编程寄存器可编程寄存器共享扩展乘积项结构并联扩展乘积项结构PIA信号布线到LAB的方式IO控制块结构 1. FPGA的特点可编程查找表LUT（Look Up

5、 Table）基于SRAM的查找表逻辑结构存储输入值构成的真值表 LE由一个由一个4输入的查找表输入的查找表LUT、进位链逻辑和、进位链逻辑和一个可编程的寄存器构成一个可编程的寄存器构成 集成电路的发展，促使CPLD、FPGA的规模越来越大，复杂程度也越来越高，测试问题随之而来。 内部逻辑测试：扫描寄存器、嵌入式逻辑分析仪 JTAG边界扫描：BST（Board Scan Test） CPLD分解组合逻辑的功能很强 FPGA的一个LUT只能处理4输入的组合逻辑 CPLD适合用于设计译码等复杂组合逻辑设计复杂的时序逻辑，使用FPGA较好 CPLD一般只能做到512个逻辑单元FPGA芯片中包含的LU

6、T和触发器的数量非常多，往往都是几千上万 CPLD拥有上电即可工作的特性大部分FPGA需要一个加载过程 最大的可编程逻辑器件供应商之一 CPLD：MAX系列 FPGA：Stratix系列、FLEX系列、ACEX系列、Cyclone系列等 IP核 http:/ FPGA的发明者 最大可编程逻辑器件供应商之一 99年Xilinx收购了Philips的PLD部门 CPLD：XC9500系列 FPGA：Virtext系列、Spartan系列 http:/www.xilinx- 世界第三大可编程逻辑器件供应商 ISP （ In-System Programming ）技术 99年Lattice收购Vantis（原AMD子公司） 2001年收购Lucent微电子的FPGA部门， Lattice中小规模PLD/FPGA比较有特色 ispMACH4000系列PLD LatticeEC/ECP系列FPGA 可编程模拟芯片ispPAC http:/ 基于电可擦除存储单元的EEPROM或FLASH技术2. 基于SRAM查找表的编程单元3