可编程逻辑器件的发展进程

可编程逻辑器件的发展进程摘要：当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的社会。而可编程逻辑器件又在其中起着不可替代的作用，在这里简述可编程逻辑器件的发展历程，介绍可编程逻辑器件的作用与分类，及常见的可编程逻辑器件有哪些，及一些简单的功能实现原理关键词:可编程逻辑器件(ProgrammableLogicDevice) CPLD/FPGA可编程逻辑器件出现的背景微电子技术和工艺的飞速发展：数字集成电路已从电子管、晶体管、中小规模集成电路大规模超大规模集成电路(LSI/VLSI)逐步发展到今天的专用集成电路(ASIC)——硬件基础现代电子产品的复杂度日益加深：一个电子系统可能由数万个中小规模集成电路构成。现代数字系统设计方法的发展：自下而上(Bottom-Up)自顶而下(Top-Down)——指导方法计算机的发展使EDA技术得到广泛应用一一软件基础可编程逻辑器件的发展20世纪70年代初，出现了PROM、EPROM、EEPROM和可编程阵列逻辑PLA(ProgrammableLogicArray)。到20世纪70年代末，出现了可编程阵列逻辑PAL(ProgrammableArrayLogic) 统称为第一代PLD器件20世纪80年代初，Lattice公司推出了一种新型的PLD器件：通用阵列逻辑GAL(GenericArrayLogic) 第二代PLD器件20世纪80年代中期，Altera和Xilinx公司分别推出世界上第一款可擦除的可编程逻辑器件EPLD(ErasableProgrammableLogicDevice)和现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammableGateArray)20世纪80年代末Lattice公司提出了在线可编程技术ISP(InSystemProgrammability)(ISP技术即直接在用户设计的目标系统中或线路板上对PLD器件进行编程的技术，设计者可以在不修改系统硬件设计的条件下重构系统的功能，从而使硬件修改变得像软件修改一样方便，系统的可靠性因此而提高)，在EPLD基础上，Altera于20世纪90年代初推出了世界上第一款CPLD。上述的EPLD、CPLD、FPGA第三代PLD器件逻辑器件的介绍逻辑器件:用来实现某种特定逻辑功能的电子器件，最简单的逻辑器件是与、或、非门(74LS00，74LS04等)，在此基础上可实现复杂的时序和组合逻辑功能。可编程逻辑器件(PLD—ProgrammableLogicDevice)：器件的功能不是固定不变的，可由用户编程来实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。可以将PLD看成这样的一种专用集成电路(ASIC)：内部有大量的门电路和触发器等资源，通过软件编程可以实现这些门电路不同的连接关系，从而使PLD实现不同的功能。并且这些门电路之间的连接关系可以不断地用软件来改变毫不夸张的讲，PLD能完成任何数字器件的功能，上至高性能的CPU,下至简单的74电路，都可以用PLD来完成。PLD如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由地设计一个数字系统。目前生产和使用的PLD产品主要有：可编程ROM(PROM:ProgrammableROM)现场可编程逻辑阵列FPLA(FieldProgrammableLogicArray)可编程阵列逻辑PAL(ProgrammableArrayLogic)通用阵列逻辑GAL(GenericArrayLogic)可擦除的可编程逻辑器件EPLD(ErasableProgrammableLogicDevice)复杂可编程逻辑器件CPLD(ComplexProgrammableLogicDevice)现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammableGateArray)(1)PLD的发展趋势向高集成度、高速度方向进一步发展最高集成度已达到1000万门向低电压和低功耗方向发展5V3.3V 2.5V 1.8V更低内嵌多种功能模块 RAM，ROM，FIFO，DSP，CPU向数、模混合可编程方向发展可编程逻辑器件的分类1•按集成度分低密度PROM,EPROM,EEPROM,PAL,PLA,GAL只能完成较小规模的逻辑电路高密度，已经有超过1000万门的器件EPLD,CPLD,FPGA可用于设计大规模的数字系统集成度高，甚至可以做到SOC(SystemOnaChip)2.按编程工艺分熔丝或反熔丝编程器件——Actel的FPGA器件具有体积小，集成度高，速度高，易加密，抗干扰，耐高温等优点只能一次编程，在设计初期阶段不灵活SRAM——大多数公司的FPGA器件可反复编程，实现系统功能的动态重

构每次上电需重新下载，实际应用时需外挂EEPROM用于保存程序EEPROM（E2PROM）——大多数CPLD器件可反复编程不用每次上电重新下载，但相对速度慢，功耗较大可编程逻辑器件的基本结构―、PLD的基本结构可编程逻辑器件种类较多，不同厂商生产的可编程逻辑器件的结构差别较大。可编程逻辑器件的基本结构由输入缓冲电路、与阵列、或阵列、输出缓冲电路等4部分组成。44444输入电路输入项—►与阵列乘积项—►或阵列或项►输出电路简单PLD的基本结构各部分功能输入缓冲电路：用来对输入信号进行预处理，以适应各种输入情况，由缓冲器组成，使输入信号具有足够的驱动能力并产生互补信号；“与阵列”和“或阵列”PLD器件的主体，能够有效地实现“积之和”形式的组合逻辑函数；输出缓冲电路：主要用来对输出信号进行处理，用户可以根据需要选择各种灵活的输出方式（组合方式、时序方式），并可将反馈信号送回输入端，以实现复杂的逻辑功能。简单PLD的基本结构示例（PROM）RROMn个输入2"乘积线«“与”阵歹ij曲定〉x为焙丝饶交叉点连接-为固定连接“或”阵歹UCrT»S）n个输入2"乘积线«“与”阵歹ij曲定〉x为焙丝饶交叉点连接-为固定连接“或”阵歹UCrT»S）m个输出图2.1PROM黠件可编程逻辑器件的两种类型：CPLD和FPGA可编程逻辑器件的两种主要类型是现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）。在这两类可编程逻辑器件中，FPGA提供了最高的逻辑密度、最丰富的特性和最高的性能。现在最新的FPGA器件，如XilinxVirtex™系列中的部分器件，可提供八百万"系统门"（相对逻辑密度）。这些先进的器件还提供诸如内建的硬连线处理器（如IBMPowerPC）、大容量存储器、时钟管理系统等特性，并支持多种最新的超快速器件至器件（device-to-device）信号技术。FPGA被应用于范围广泛的应用中，从数据处理和存储，以及到仪器仪表、电信和数字信号处理等。与此相比，CPLD提供的逻辑资源少得多-最高约1万门。但是，CPLD提供了非常好的可预测性，因此对于关键的控制应用非常理想。 而且如XilinxCoolRunner™系列CPLD器件需要的功耗极低PLD的编程语言有关之前所谈到的“PAL”，若要以手工的方式来产生JEDEC档实是过于复杂，所以多半改用电脑程序（也称：计算机程序）来产生，这种程序（程序）称为“逻辑编译器，logiccompiler”，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码（也称：源代码）也得用特定的编程语言（也称：程序语言、编程语言）来撰写，此称之为hardwaredescriptionIanguage（硬件描述语言），简称：HDL。而且，HDL并非仅有一种，而是有许多种,如ABEL、AHDL、Confluenee、CUPL、HDCal、JHDL、Lava、Lola、My