VHDL课件第2章摘要.ppt

2.1 可编程逻辑器件概述 2.2 Lattice公司的CPLD和FPGA器件 2.3 Altera公司的CPLD和FPGA器件 2.4 Xilinx公司的CPLD和FPGA器件 2.5 CPLD和FPGA的编程与配置 2.6 FPGA和CPLD的开发应用选择  　　可编程逻辑器件(Programmable Logic Devices，简称PLD)是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。它诞生于20世纪70年代，在20世纪80年代以后，随着集成电路技术和计算机技术的发展而迅速发展。自问世以来，PLD经历了从PROM、PLA、PAL、GAL到FPGA、ispLSI等高密度PLD的发展过程。在此期间，PLD的集成度、速度不断提高，功能不断增强，结构趋于更合理，使用变得更灵活方便。 　　PLD的出现，打破了由中小规模通用型集成电路和大规模专用集成电路垄断的局面。与中小规模通用型集成电路相比，用PLD实现数字系统，有集成度高、速度快、功耗小、可靠性高等优点。与大规模专用集成电路相比，用PLD实现数字系统，有研制周期短、先期投资少、无风险、修改逻辑设计方便、小批量生产成本低等优势。可以预见，在不久的将来，PLD将在集成电路市场占统治地位。 　　随着可编程逻辑器件性能价格比的不断提高，EDA开发软件的不断完善，现代电子系统的设计将越来越多地使用可编程逻辑器件，特别是大规模可编程逻辑器件。如果说一个电子系统可以像积木块一样堆积起来的话，那么现在构成许多电子系统仅仅需要三种标准的积木块——微处理器、存储器和可编程逻辑器件，甚至只需一块大规模可编程逻辑器件。 2.1.1 PLD的发展进程　　最早的可编程逻辑器件出现在20世纪70年代初，主要是可编程只读存储器(PROM)和可编程逻辑阵列(PLA)。20世纪70年代末出现了可编程阵列逻辑(Programmable Array　Logic，简称PAL)器件。20世纪80年代初期，美国Lattice公司推出了一种新型的PLD器件，称为通用阵列逻辑(Generic Array Logic，简称GAL)，一般认为它是第二代PLD器件。随着技术进步，生产工艺不断改进，器件规模不断扩大，逻辑功能不断增强，各种可编程逻辑器件如雨后春笋般涌现，如PROM、EPROM、EEPROM等。 　　随着半导体工艺不断完善，用户对器件集成度要求不断提高，1985年，美国Altera公司在EPROM和GAL器件的基础上，首先推出了可擦除可编程逻辑器件EPLD(Erasable PLD)，其基本结构与PAL/GAL器件相仿，但其集成度要比GAL器件高得多。而后Altera、Atmel、Xilinx等公司不断推出新的EPLD产品，它们的工艺不尽相同，结构不断改进，形成了一个庞大的群体。但是从广义来讲，可擦除可编程逻辑器件(EPLD)可以包括GAL、EEPROM、FPGA、ispLSI或ispEPLD等器件。 　　最初，一般把器件的可用门数超过500门的PLD称为EPLD。后来，器件的密度越来越大，许多公司把原来称为EPLD的产品都称为复杂可编程逻辑器件CPLD(Complex Programmable Logic Devices)。现在，一般把所有超过某一集成度的PLD器件都称为CPLD。　　当前CPLD的规模已从取代PAL和GAL的500门以下的芯片系列，发展到5000门以上，现已有上百万门的CPLD芯片系列。随着工艺水平的提高，在增加器件容量的同时，为提高芯片的利用率和工作频率，CPLD从内部结构上作了许多改进，出现了多种不同的形式，功能更加齐全，应用不断扩展。在EPROM基础上出现的高密度可编程逻辑器件称为EPLD或CPLD。 　　在20世纪80年代中期，美国Xilinx公司首先推出了现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)器件。FPGA器件采用逻辑单元阵列结构和静态随机存取存储器工艺，设计灵活，集成度高，可无限次反复编程，并可现场模拟调试验证。FPGA器件及其开发系统是开发大规模数字集成电路的新技术。它利用计算机辅助设计，绘制出实现用户逻辑的原理图、编辑布尔方程或用硬件描述语言等方式作为设计输入；然后经一系列转换程序、自动布局布线、模拟仿真的过程；最后生成配置FPGA器件的数据文件，对FPGA器件初始化。 　　这样就实现了满足用户要求的专用集成电路，真正达到了用户自行设计、自行研制和自行生产集成电路的目的。由于FPGA器件具有高密度、高速率、系列化、标准化、小型化、多功能、低功耗、低成本，设计灵活方便，可无限次反复编程，并可现场模拟调试验证等优点，因此使用FPGA器件，一般可在几天到几周内完成一个电子系统的设计和制作，可以缩短研制周期