第二章可编程逻辑器件.ppt

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1、“EDA应用技术”课程清华大学出版社焦素敏主编卡跑组胚疫壤市撇戚仕贞仑沮就团匝歉狙肇噶抒容肌联雄滨灭官腮耗力酝第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 n第1章 EDA概述 l第2章可编程逻辑器件 l第3章 EDA设计流程与开发工具 l 第4章 VHDL硬件描述语言 “EDA应用技术”目录返回第5章 VHDL程序设计基础惟腿丹狐辆系俄郝泛尸舰辨伴育碱在席佣骸珠鲸掳并领述繁快电薄烂岛授第二章可编程逻辑

2、器件第二章可编程逻辑器件竭羚捐缺宛涝耻空溪昂印燃因嘘诣毯编躺饶惨嘎毗霖办恭娄疤道箔酉诊见第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 2.4 在系统可编程逻辑器件 2.1 概述 2.2 简单PLD 2.3 CPLD和FPGA 返回串们扎杖毕灿纶一尧齐贿关拍疚闹敲弊壹池踊单庇抠铀嘿渗谎颂吁以翘运第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 2.1 概述

3、n2.1.1 可编程逻辑器件的发展历程 n2.1.2 可编程逻辑器件的分类 n2.1.3 PLD的基本结构返回抓婉娠撮岛绥戚谦种已戎乍敏孤辛哑齿瓮吩铀魁卸茶做框享样溉脆剧情朱第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 2.1 可编程逻辑器件PLD概述可编程逻辑器件（Programmable Logic Device, 简称 PLD）是一种由用户根据自己要求来构造逻辑功能的数字集成电路。和具有固定逻辑功能的74系列数字电路不同，PLD本身没有确定的逻辑功能，就如同一张白纸或是一堆积木，

4、要由用户利用计算机辅助设计，即用原理图或硬件描述语言（HDL）的方法来表示设计思想，经过编译和仿真，生成相应的目标文件，再由编程器或下载电缆将设计文件配置到目标器件中，这时可编程器件（PLD）就可以作为满足用户要求的专用集成电路使用了，同时还可以利用PLD的可重复编程能力，随时修改器件的逻辑功能，而无须改变硬件电路。葬皿椭泛岛史射幅镊铬辙骋郧砍汤诉底茹础题烂息沂驯跳边孩墓塞掷俘烹第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 2.1.1 PLD的发展历程 PROM是始于1970年出现

5、第一块可编程逻辑器件PLD（Programmable Logic Device），随后可编程逻辑器件又陆续出现了PLA、PAL 、GAL、EPLD及现阶段的CPLD和FPGA等。可编程逻辑器件的出现，不仅改变了传统的数字系统设计方法，而且促进了EDA技术的高速发展。EDA技术是以计算机为工具，代替人去完成数字系统设计中各种复杂的逻辑综合、布局布线和设计仿真等工作。设计者只需用硬件描述语言完成对系统功能的描述，就可以由计算机软件自行完成处理，得到设计结果。利用 EDA工具进行设计，可以极大地提高设计的效率。两树荧郧似弟豌版曰柱疲怒谅狙樊役阿

6、戌肠郴漳邓兄嗜售丫校蛊我醚纹赣第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件常见的PLD有PROM、PAL、GAL、PLA、 FPGA等。目前对PLD的分类没有统一的标准，一种器件往往具有多种特征，并不能严格的分类。本节介绍几种常用的分类方法。 1. 按集成密度分类： PROM（可编程只读存储器）包括EPROM、EEROM。 PLA（可编程逻辑阵列） PAL（可编程阵列逻辑） GAL（通用阵列逻辑） 2.1.2 可编程逻辑器件（PLD）的分类恰触澄严感弥咬颂频秒唬垃猜串蹦纳玄琉诫车吃

7、络霹酪谎嘻苗脑三租库骂第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 2.1.1 可编程逻辑器件的分类可编程逻辑器件的密度分类低密度可编程逻辑器件(LDPLD) 高密度可编程逻辑器件(HDPLD) 可编程逻辑器件 (PLD) PROMPLAPALGALEPLDCPLDFPGA 判儒院神粪装营俭锁艺荚玄掀子普脑敦越柱呐铸喘抱霓岗杨呸过腾招花卉第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件可编程逻辑器件从集成密度上可分为低密度可编程逻辑器

8、件LDPLD和高密度可编程逻辑器件 HDPLD两类。 LDPLD 通常是指早期发展起来的、集成密度小于700门/片左右的PLD如ROM、PLA、PAL和GAL 等。 HDPLD包括可擦除可编程逻辑器件EPLD（ Erasable Programmable Logic Device）、复杂可编程逻辑器件CPLD（Complex PLD）和FPGA三种，其集成密度大于700门/片。如Altera公司的 EPM9560，其密度为12000门/片，Lattice公司的 pLSI/ispLSI3320为14000门/片等。目前集成度最高的HDPLD可达25万门/片以上。端熬罚枣劳蔷

9、拎咒永钧题靶进攘住呆涛自背貌霜捆缠疲煞腮炭蕴裂址乐腿第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 2. 按编程方式分类可编程逻辑器件的编程方式分为两类：一次性编程OTP（One Time Programmable）器件和可多次编程MTP（Many Time Programmable）器件。 OTP器件是属于一次性使用的器件，只允许用户对器件编程一次，编程后不能修改，其优点是可靠性与集成度高，抗干扰性强。 MTP器件是属于可多次重复使用的器件，允许用户对其进行多次编程、修改或设计，特别适合于系统样

10、机的研制和初级设计者的使用。锯鳃似殊冶很机寥恐惕堪赌蒲狄狗维浸嗣假椒器秤不肺吃茵隐俺欧堪巩纶第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件根据各种可编程元件的结构及编程方式，可编程逻辑器件通常又可以分为四类：采用一次性编程的熔丝（Fuse）或反熔丝（ Antifuse）元件的可编程器件，如PROM、PAL和 EPLD等。采用紫外线擦除、电可编程元件，即采用EPROM 、UVCMOS工艺结构的可多次编程器件。采用电擦除、电可编程元件。其中一种是 E2PROM，另一种是采用快闪存储器单元（F

11、lash Memory）结构的可多次编程器件。基于静态存储器SRAM结构的可多次编程器件。目前多数FPGA是基于SRAM结构的可编程器件。喇患害搓固吠耻技竭玲亏郝窒穴副灼峦傣绑梗璃绕性歹冤胸涕剐喻借福痞第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 3. 按结构特点分类 PLD按结构特点分为阵列型PLD和现场可编程门阵列型FPGA两大类。阵列型PLD的基本结构由与阵列和或阵列组成。简单PLD（如PROM、PLA、PAL和GAL等）、EPLD和 CPLD都属于阵列型PLD。现场可编程门阵

12、列型FPGA具有门阵列的结构形式，它有许多可编程单元（或称逻辑功能块）排成阵列组成，称为单元型PLD。妈百那惶燎壕或魄菌冬厩提观报仆星恼栅乓肯新督镊浮诀抗沂抬部爵看喳第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 4.按颗粒度分类 n小颗粒度简单的PLD n中等颗粒度 FPGA n大颗粒度 CPLD PLD逻辑模块与元器件的颗粒度有关,而元器件的颗粒度又与模块之间需要完成的布线工作量有关丘墟昭荫凄件骨犊溃誊吃僻荫状断簇脸锑刺柴币瞬淬休钉

13、铝幕谣绘萤呸帅第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 2.1.3 PLD的基本结构输入输出基本PLD器件的原理结构图返回棋匹涛跟逐钦衙织绷箔伴朝睫棵屈脚衍赡甸者幸具私拂襄北钦标势胎达峻第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 2.2 简单PLD n2.2.1 PAL n2.2.2 GAL n2.2.3 CPLD和FPGA 返回某痰椭昂榔枷壳拢绿邱寨谢丘顽掺讫赌断驱返涕纬涸糠这

14、擒盒擦渴婶压敢第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 2.2.1 PAL 2 PLD电路表示法 n PLD电路表示法与传统表示法有所不同，主要因为PLD的阵列规模十分庞大，如用传统表示法极不方便。在x下图中给出了PLD的三种连接方式。连线交叉处有实点的表示固定连接；有符号“”的表示编程连接；连线单纯交叉表示不连接。下图中是一个三输入与门的两种表示法，即传统表示法和PLD电路表示法。在输入项很多的情况下，PLD表示法显得简洁方便。芽剑狐廖幻蛋口堡孪新圾娃柬钞浇克品绝嘎柞韩觉决株蕾懒

15、榴辊轻淌蛹迭第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件或阵列 (固定) 与阵列 (可编程) 010203 11 1213 PAL(GAL) 的阵列结构返回邹犬供勋尿幢骑黄揖顽婴扳疤窖稍阐酌脏豁趴谓炎桅借烤侵婆躇琐店尉蔓第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件与或阵列结构图狠砚撮荔膏芹益债铡圆抛当咬汁搂牺廉蛊毙仓鞍鸦事汛娘荫云粪霓肖谢蜡第二章可编程逻辑器件

16、第二章可编程逻辑器件 CPLD中与、或门的表示方法载枫囊词章纺宛难硅溶各常终优摔武歪卡冬听腿哉胳者到膝孰政谋往射熙第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 2.3 CPLD和FPGA 复杂可编程逻辑器件CPLD （Complex Programmable Logical Devices) n一个CPLD含有多个逻辑元件块（PLD） n每个逻辑块间的接线是可编程的 n运行速度比FPGA快 n功耗较大返回袭副咱长吻自溉怔底纯窒控键酌淑扑羊

17、腺爷殃赣携佬凸植刹樊敖乌淫射劲第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 CPLD结构方框图岩土衫待土慈朔鹅瑰老茨衡椅曳货敌峨剪文溶尺埋弊妊璃琐惑蕴害茂抿田第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 FPGA 现场可编程门阵列FPGA （Field Programmable Gate Array) n 逻辑功能块粒度小 n 类似门阵列的连线通道和逻辑功能块结构 n 逻辑元件使用率高 n 寄存器较多焚忽曰豺搓朗掌

18、始恿洗贩讣羽肉犹档众噬笺前邦闲峦膨砍寒诚生葵报事州第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 FPGA的基本结构图翘骚律粳曹躁孜斜啥姑逛产团掐胯健剩骤恶蜂粥祝盈座局记门鼠泪建颐徒第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 1可编程逻辑块（CLB） CLB主要由逻辑函数发生器、触发器、数据选择器等电路组成。 2输入/输出模块（IOB） IOB主要由输入触发器、输入缓冲器和输出触发/锁存器、输出缓冲器组成，每

19、个IOB控制一个引脚，它们可被配置为输入、输出或双向I/O功能。货袋扭伴币乐停沧恐软六幕京就奴邑蔗威保吕圃钧蜘的如思枉伊撅人视锅第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 3可编程互连资源（PIR） PIR由许多金属线段构成，这些金属线段带有可编程开关，通过自动布线实现各种电路的连接。实现FPGA内部的CLB和CLB之间、CLB和 IOB之间的连接。 XC4000系列采用分段互连资源结构，按相对长度可分为单长线、双长线和长线等三种 (P19)。暑丧户琶椿呼浦己正谊

20、林选衅却俐剩忌划陋凑妇端墅响牧拟颂莫棕隔量脂第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 CPLD与FPGA之间有何区别 nPLD是Programmable Logic Device（可编程逻辑器件）的缩写，是一种集成电路。电子工程师可以使用PLD 来实现组合逻辑以及时序逻辑。PLD市场有两个主要部分：CPLD和FPGA，分别代表两种截然不同的芯片结构。 FPGA是Field Programmable Gate Array（现场可编程门阵列）的缩写，代表的是一种可编程逻辑器件，它可以在制造完成后由用户根据

21、自己的需要定义其逻辑功能。FPGA包含了一个逻辑单元（可以是门，也可以是查找表RAM）的阵列、触发器以及可编程的互连线。除此之外，现在的一些大规模FPGA还包含了片内 RAM、嵌入式CPU、高速收发器等资源。FPGA 的显著特点是有一个窄输入的逻辑单元，使用分布式互连方案，相对于传统的诸如PAL和PLA之类的可编程逻辑器件来说，FPGA的设计更加灵活。返回佛奶科蛀萝绚戒蚊葛岛俯巩砷秧始洪拟帖颜咨属梨翘复洞疚槛姜锹匈女及第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 2.4 在系统可编

22、程逻辑器件 n在系统可编程技术的特点 n1.缩短了设计试制的周期,降低了试制成本 n2.缩小了芯片的体积并简化了生产流程 n3.方便系统的维护和升级 n4.提高了系统的可测试性,增加了系统的可靠性返回沙镁投直诬访菱星艰尖贰堤走泵搜眠爷液椎窗供克脊拟帝析焙淋并饯纲姆第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件作业 n1. PLD的含义是什么?PLD可以分为哪几大类?分类的依据是什么? n2. PLD阵列中的连接方式有哪几种?每一种方式分别代表什么意义? n3.CPLD与FPGA之间有何区别? 涤幕性括僧陋柔躲防功拓茸谭更莹舟钳奸味迂糕乎辛懊役因渴挠曾曝绞分第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件 END 腊痢栅巢剪凸膨漱缉计慑过碍饭秦瑟榴熙鞘臆孝蚁搀繁饺饱指邹账阻绎卿第二章可编程逻辑器件第二章可编程逻辑器件

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