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上海交通大学电子信息技术实践中心 DE2 平台应用及DSP Builder 技术 Altera 杯2007 年上海交通大学电子设计竞 赛培训资料 张志刚 2007 H T T P : / / I E E . S J T U . E D U . C N I E E S J T U @ Y A H O O . C O M . C N 3 上海交通大学电子信息技术实践中心 上海交通大学-Altera 学生创新实验室 上海交通大学-飞利浦照明电子共建实验室 第1章 FPGA基本概念 1.1 可编程逻辑器件 数字电子领域中三类基本的器件类型为：存储器、微处理器和逻辑器件。存储器用来存储 数据表、数据库、程序代码等随机信息；微处理器通过执行软件指令来完成如文字处理、视频 游戏及工业控制等各种任务；逻辑器件提供器件间接口、数据通信、信号处理、数据显示、时 4 序和控制操作、以及系统运行等各种特定功能。 逻辑器件可分为两大类，即固定逻辑器件和可编程逻辑器件(PLD) 。 固定逻辑器件中的电路是永久性的，用于完成一种或一组功能。固定逻辑器件一旦制造完 成，就无法改变，是专用集成电路(ASIC)的一种。根据器件复杂程度不同，固定逻辑器件从设 计、原型到最终生产所需要的时间一般从数月至一年多不等，如果器件工作不满足设计要求， 或者应用要求发生了变化，就必须重新开发全新的设计。设计和验证固定逻辑的前期工作需要 大量的“非重发性工程成本”，或简称NRE 。NRE 表示在固定逻辑器件最终从芯片制造厂制造出 来以前客户需要投入的所有成本，这些成本包括工程资源、昂贵的设计工具软件、用来制造芯 片不同金属层的昂贵的光刻掩模组以及初始原型器件的生产成本。这些NRE 成本可能从数十万 美元至数百万美元不等。 可编程逻辑器件作为一类标准成品部件，能够为用户提供各种逻辑能力、特性、速度和电 压特性，而且可以在任何时候对此类器件进行修改，以完成多种不同的功能。对于可编程逻辑 器件，设计人员可利用价格低廉的软件工具快速开发、仿真和测试其设计，然后将设计快速编 程到器件中，并立即在实际运行的电路中对设计进行测试。 原型中使用的PLD 器件与正式生 产最终设备（如网络路由器、DSL 调制解调器、DVD 播放器、或汽车导航系统）时所使用的 PLD 完全相同，完全没有NRE 成本，最终的设计也比采用定制固定逻辑器件时完成得更快。采 用PLD 的另一个关键优点是在设计阶段中客户可根据需要修改电路，直到对设计工作感到满意 为止，这是因为PLD 的结构是基于可重写的存储器技术，即要改变设计，只需要简单地对器件 进行重新编程，一旦设计完成，客户可立即投入生产，只需利用最终软件设计文件简单地对PLD 器件编程即可。 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) 。两类可编程逻辑器件结构不同，与CPLD 相比，FPGA 可提供更高的逻辑密度、更丰 富的特性和更高的性能。必威体育精装版的FPGA 器件可提供数百万门的逻辑电路。这些先进的器件还提 供诸如内建硬核处理器、大容量存储器、时钟管理系统等特性，并支持多种必威体育精装版的高速接口技 术。FPGA 应用范围广泛，如在数据处理和存储、仪器仪表、电信和数字信号处理等方面都有 大量应用。 与FPGA 相比，CPLD 提供的逻辑资源少得多，最高约1 万门左右。但CPLD 可预测性好， 对于关键的控制应用非常理想。