1-3CPLD与FPGAppt课件

1、CPLD与FPGA.ARM,DSP,FPGA 的区别ARM具有比较强的事务管理功能，可以用来跑界面以及运用程序等，其优势主要表达在控制方面。DSP主要是用来计算的，比如进展加密解密、调制解调等，优势是强大的数据处置才干和较高的运转速度。FPGA可以用VHDL或verilogHDL来编程，灵敏性强，由于可以进展编程、检错、再编程和反复操作，因此可以充分地进展设计开发和验证。当电路有少量改动时，更能显示出FPGA的优势，其现场编程才干可以延伸产品在市场上的寿命，而这种才干可以用来进展系统晋级或除错。.目录可编程逻辑器件的开展历程CPLD/FPGA厂商概述CPLD原理FPGA原理常用EDA设计工具.

2、可编程逻辑器件的开展历程.可编程逻辑器件的开展历程-1当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛运用的社会；系统设计师们情愿本人设计公用集成电路(ASIC)芯片；现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。.可编程逻辑器件的开展历程-2早期，出现了可编程只读存贮器(PROM)、紫外线可按除只读存贮器(EPROM)和电可擦除只读存贮器(EEPROM)；其后，出现了可编程逻辑器件(PLD) ，典型的PLD由一个“与门和一个“或门阵列组成产品主要有PAL(可编程阵列逻辑)和GAL(通用阵列逻辑) .可编程逻辑器件的开展历程-320世纪80年代中期。 Altera和Xilinx分别推

3、出了类似于PAL构造的扩展型 CPLD(Complex Programmable Logic Dvice)和与规范门阵列类似的FPGA(Field Programmable Gate Array) .谁在运用Altera和Xilinx的产品？通常来说，在欧洲用Xilinx的人多，在日本和亚太地域用ALTERA的人多，在美国那么是平分秋色。全球CPLD/FPGA产品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以讲Altera和Xilinx共同决议了PLD技术的开展方向。.相关阐明-1Xilinx把基于查找表技术，SRAM工艺，要外挂配置用的EEPROM的PLD叫FPGA；把基于乘积项技术，

4、Flash类似EEPROM工艺工艺的PLD叫CPLD； Altera 把本人的PLD产品：MAX系列乘积项技术，EEPROM工艺，FLEX系列查找表技术，SRAM工艺都叫作CPLD，由于FLEX系列也是SRAM工艺，基于查找表技术，要外挂配置用的EPROM,用法和Xilinx的FPGA一样，所以很多人把Altera的FELX系列产品也叫做FPGA。.相关阐明-2“可编程ASIC是错误的说法ASIC是公用集成电路 ，通常都不可编程。CPLD与FPGA的普通不同就在于其构造和配置方式CPLD掉电后，仍能保管着原有数据不丧失；FPGA需求给予稳定的电源，否那么掉电后又需重新配置编程。.CPLD/FP

5、GA厂商概述.CPLD/FPGA厂商概述随着可编程逻辑器件运用的日益广泛，许多IC制造厂家涉足PLD/FPGA领域。目前世界上有十几家消费CPLD/FPGA的公司，最大的三家是：ALTERA，XILINX，Lattice，其中ALTERA和XILINX占有了60%以上的市场份额。 .CPLD/FPGA部分厂商引见AlteraXilinxLatticeActelCypressQuickLogicLucentAtmelClear LogicWSI.Altera九十年代以后开展很快，是最大可编程逻辑器件供应商之一。主要产品有：MAX3000/7000，FLEX10K，APEX20K，ACEX1K，S

6、tratix，Cyclone等。开发软件为MaxplusII和QuartusII。 普遍以为其开发工具QuartusII是最胜利的PLD开发平台之一，配合运用Altera公司提供的免费OEM HDL综合工具可以到达较高的效率。 .XilinxFPGA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(XPLA3) ，Spartan, Virtex等。开发软件为Foundition和ISE。 .LatticeLattice是ISP技术的发明者,ISP技术极大的促进了PLD产品的开展，与ALTERA和XILINX相比，其开发

7、工具比ALTERA和XILINX略逊一筹。中小规模PLD比较有特征，不过其大规模PLD、FPGA的竞争力还不够强。.Actel反熔丝一次性烧写PLD的指点者，由于反熔丝PLD抗辐射，耐高低温，功耗低，速度快，所以在军品和宇航级上有较大优势。ALTERA和XILINX那么普通不涉足军品和宇航级市场。 .AtmelATMEL公司是是世界上高级半导体产品设计、制造和行销的领先者，产品包括了微处置器、可编程逻辑器件、非易失性存储器、平安芯片、混合信号及RF射频集成电路。.CPLD原理.基于乘积项的PLD构造采用这种构造的PLD芯片有：Altera的MAX7000，MAX3000系列EEPROM工艺，X

8、ilinx的XC9500系列Flash工艺和Lattice,Cypress的大部分产品EEPROM工艺。.PLD的总体构造以MAX7000为例，其他型号的构造与此都非常类似.PLD的总体构造以MAX7000为例，其他型号的构造与此都非常类似宏单元Marocell.PLD的总体构造以MAX7000为例，其他型号的构造与此都非常类似可编程连线PIA.PLD的总体构造以MAX7000为例，其他型号的构造与此都非常类似I/O控制块.宏单元的构造宏单元Macro cell.宏单元的构造宏单元Macro cell左侧是乘积项阵列，实践就是一个与或阵列，每一个交叉点都是一个可编程熔丝，假设导通就是实现“与逻

9、辑。后面的乘积项选择矩阵是一个“或阵列。两者一同完成组合逻辑。.宏单元的构造宏单元Macro cell图右侧是一个可编程D触发器，它的时钟，清零输入都可以编程选择，可以运用公用的全局清零和全局时钟，也可以运用内部逻辑乘积项阵列产生的时钟和清零。假设不需求触发器，也可以将此触发器旁路，信号直接输给PIA或输出到I/O脚。.乘积项构造的PLD逻辑实现原理-1下面我们以一个简单的电路为例,详细阐明PLD是如何利用以上构造实现逻辑的。.乘积项构造的PLD逻辑实现原理-1假设组合逻辑的输出(AND3的输出)为f，那么f=(A+B)*C*(!D)=A*C*!D+ B*C*!D 我们以!D表示D的“非.乘积

10、项构造的PLD逻辑实现原理-2PLD将以下面的方式来实现组合逻辑f阐明见备注.PLD原理总结-1前面的电路是一个很简单的例子，只需求一个宏单元就可以完成。对于一个复杂的电路，一个宏单元是不能实现的，这时就需求经过并联扩展项和共享扩展项将多个宏单元相连，宏单元的输出也可以衔接到可编程连线阵列，再做为另一个宏单元的输入。.PLD原理总结-2这种基于乘积项的PLD根本都是由EEPROM和Flash工艺制造的，一上电就可以任务，无需其他芯片配合。.FPGA原理.基于查找表构造的FPGA原理采用这种构造的PLD芯片我们也可以称之为FPGA：如Altera的ACEX，APEX系列，Xilinx的Spart

11、an，Virtex系列等。.查找表的本质-1查找表Look-Up-Table)简称为LUT，LUT本质上就是一个RAM。目前FPGA中多运用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的16x1的RAM。.查找表的本质-2当用户经过原理图或HDL言语描画了一个逻辑电路以后，开发软件会自动计算逻辑电路的一切能够的结果，并把结果事先写入RAM。这样，每输入一个信号进展逻辑运算就等于输入一个地址进展查表，找出地址对应的内容，然后输出即可。.一个4输入与门的例子给出实践电路。给出LUT地实现方式。经过对比察看结果。.一个4输入与门的例子.一个4输入与门的例子.一个4输入与门的例子.基于查找

12、表的FPGA的构造-1我们看一看Xilinx Spartan-II的内部构造详细见备注Xilinx Spartan-II 芯片内部构造.基于查找表的FPGA的构造-1我们看一看Xilinx Spartan-II的内部构造详细见备注Slices构造.基于查找表的FPGA的构造-2Altera的FLEX/ACEX等芯片的构造详细见备注Altera FLEX/ACEX 芯片的内部构造.基于查找表的FPGA的构造-2Altera的FLEX/ACEX等芯片的构造详细见备注逻辑单元LE内部构造.查找表构造的FPGA逻辑实现原理-1回想CPLD实现原理中讲述过的例子。.查找表构造的FPGA逻辑实现原理-2A

13、,B,C,D由FPGA芯片的管脚输入后进入可编程连线，然后作为地址线连到到LUT，LUT中曾经事先写入了一切能够的逻辑结果，经过地址查找到相应的数据然后输出，这样组合逻辑就实现了。 .查找表构造的FPGA逻辑实现原理-2该电路中D触发器是直接利用LUT后面D触发器来实现。时钟信号CLK由I/O脚输入后进入芯片内部的时钟公用通道，直接衔接到触发器的时钟端。触发器的输出与I/O脚相连，把结果输出到芯片管脚。这样PLD就完成了上图所示电路的功能。以上这些步骤都是由软件自动完成的，不需求人为干涉.查找表构造的FPGA逻辑实现原理-3这个电路是一个很简单的例子，只需求一个LUT加上一个触发器就可以完成。

14、对于一个LUT无法完成的的电路，就需求经过进位逻辑将多个单元相连，这样FPGA就可以实现复杂的逻辑。.查找表构造的FPGA逻辑实现原理-4由于LUT主要适宜SRAM工艺消费，所以目前大部分FPGA都是基于SRAM工艺的，而SRAM工艺的芯片在掉电后信息就会丧失，一定需求外加一片公用配置芯片，在上电的时候，由这个公用配置芯片把数据加载到FPGA中，然后FPGA就可以正常任务，由于配置时间很短，不会影响系统正常任务。.查找表构造的FPGA逻辑实现原理-5也有少数FPGA采用反熔丝或Flash工艺，对这种FPGA，就不需求外加公用的配置芯片。.选择PLD还是FPGA？1根据上一篇PLD的构造和原理可

15、以知道，PLD分解组合逻辑的功能很强，一个宏单元就可以分解十几个甚至2030多个组合逻辑输入。而FPGA的一个LUT只能处置4输入的组合逻辑，因此，PLD适宜用于设计译码等复杂组合逻辑。.选择PLD还是FPGA？2但FPGA的制造工艺确定了FPGA芯片中包含的LUT和触发器的数量非常多，往往都是几千上万，PLD普通只能做到512个逻辑单元，而且假设用芯片价钱除以逻辑单元数量，FPGA的平均逻辑单元本钱大大低于PLD。 所以假设设计中运用到大量触发器，例如设计一个复杂的时序逻辑，那么运用FPGA就是一个很好选择。.常用EDA设计工具.集成的PLD/FPGA开发环境这类软件都是由PLD/FPGA芯

16、片厂家提供，根本都可以完成一切的设计输入原理图或HDL)，仿真，综合，布线，下载等任务。.Altera公司上一代的PLD开发软件，使用者众多。目前Altera已经停止开发MaxplusII，而转向QuartusII软件平台Altera公司新一代PLD开发软件，适合大规模FPGA的开发.Xilinx公司上一代的PLD开发软件，目前Xilinx已经停止开发Foundation，而转向ISE软件平台Xilinx公司目前的FPGA/PLD开发软件.ispDesignEXPERTLattice公司的PLD开发软件,目前最新软件改名为：ispLEVERLattice公司的PLD开发软件.设计输入工具文本这

17、类软件主要是协助用户完成HDL文本的编辑和输入任务，提高输入效率，并不是必需的，更多人更习惯运用集成开发软件或者综合/仿真工具中自带的文本编辑器，甚至可以直接运用普通文本编辑器。.UltraEDIT-32，一个使用广泛的编辑器，内置多种语言加亮功能，关键字能用不同色彩标出HDL Designer Series，Mentor公司的前端设计软件，包括5个部分，涉及设计管理，分析，输入等.逻辑综合软件这类软件将把HDL言语翻译成最根本的与或非门的衔接关系网表，输出edf文件，导给PLD/FPGA厂家的软件进展试配和布线。 为了优化结果，在进展复杂HDL设计时，根本上都会运用这些专业的逻辑综合软件，而

18、不运用PLD/FPGA厂家的集成开发软件中自带的逻辑综合功能。.Synplify / Synplify Pro, VHDL/Verilog综合软件，口碑相当不错。Synplicity公司出品Precision Synthesis，专注于为每一个程序找到最适合的芯片，从而节省开支，提高QoR.MAX+PLUS II Advanced SynthsisALtera的一个免费HDL综合工具，安装后可以直接运用，是MaxplusII的一个插件，用这个插件进展言语综合，比直接运用MaxplusII综合的效果好。 .仿真软件对设计进展校验仿真，包括布线以前的功能仿真前仿真和布线以后包含延时的时序仿真后仿真，对于一些复杂的HDL设计能够需求这些软件专业的仿真功能。.ModelSimVHDL/VerilogHDL仿真软件。Mentor的子公司Model Tech出品Active-HDLVHDL/VerilogHDL/C/C+仿真软件，人机界面较好，简单易用.NC-Verlog/NC-VHDL/NC-SIMCadence公司出品，很好的Verilog/VHDL仿真工具VCS / SciroccoVCS：Synopsys公司的VerilogHDL仿真软件Seirocco：为VHDL仿真软件.其他相关软件 Mentor公司出品，VHDL/Ver