FPGA结构与应用教案分析.ppt

第三章 目 录 第五讲 简单PLD器件和CPLD器件 第六讲 FPGA结构、原理和测试技术 第七讲 FPGA/CPLD器件产品及其编程与配置 第五讲 简单PLD器件和CPLD器件 主要问题 简单PLD器件的内部结构和外部性能特点是什么？ 什么是乘积项结构？ CPLD器件的结构特点和外在性能特点是什么？ 什么是全局时钟？ 按器件结构分类：2种 乘积项结构： 由与－或阵列构成组合逻辑，有简单PLD和CPLD器件； 查找表结构： 由简单的查找表（LUT）构成组合逻辑，如FPGA器件。 按编程工艺分类：5种 1）熔丝（fuse)型器件 编程过程是根据设计好的熔丝图文件来烧断熔丝，达到编程的目的，如PROM器件。 2）反熔丝（antifuse)器件 它跟熔丝型器件（通过烧断来获得断路）刚好相反，它是通过击穿漏层获得导通。如ACTEL公司的FPGA。 熔丝和反熔丝器件都只能编程一次，叫OTP器件（即一次性PLD)。 3）EPROM型器件 可多次编程，使用紫外线擦除，较高电压编程。 4）EEPROM型器件 可多次编程，使用电擦除，电编程，较方便。如GAL，CPLD器件。 5）SRAM型器件 即SRAM查找表型的器件。如FPGA器件。 它编程速度快，器件规模大，但掉电后信息会丢失，再次上电是需要重新编程，而前面4种PLD编程信息不丢失。 6)Flash型器件 掉电后信息不丢失，而且密度可与FPGA相比，编程速度快，如Actel公司的FPGA器件 全局信号：延伸到所有资源位置的信号线，其传输性能比普通连线要好得多。 全局时钟线； 全局复位线； 全局使能线。 工作电压：决定功耗 对I/O工作电压，MAX7000器件的E、S系列为5V，A、AE系列为3.3V混合电压，B序列为2.5V混合工作电压。 3.4 FPGA的结构与工作原理 主要问题： FPGA结构的特点是什么？什么是查找表？ FPGA有几部分组成？ 什么是FPGA内部RAM，有什么作用？种类？ 什么是JTAG边界扫描测试？它测试什么？ JTAG插座有几个引脚？几个引脚是测试信号引脚？它们的名称和作用是什么？ RAM的主要信号和种类 主要信号 地址：指存储单元的地址。 数据：包括对存储单元的写入数据、读出数据。 读写时钟：包括读时钟，写时钟。 使能信号：包括读使能、写使能。 种类： 单口RAM； 双口RAM； ● FPGA/CPLD器件产品及其编程与配置 知识要点： 4大PLD厂商：Altera, Xilinx, Lattice，ACTEL公司的FPGA和CPLD器件的系列、规模、工艺、编程方式、工作电压、速度等特性。 CPLD的编程方式 PC机编程 FPGA的配置方式(3种模式：JTAG,PS,AS模式） PC机配置 专用芯片配置（配置芯片模式） 单片机配置 CPLD配置 3.6 FPGA/CPLD产品概述 编程工具和方法 JTAG 10针插座和下载电缆； 配置器件； 专用编程器； ISP（In system programmable）下载方式 ISP称之为在系统可编程，就是当系统正常工作时，可对正在工作的PLD器件进行重新编程，编程后立即进入正常工作状态。 ISP编程方式使得编程和调试工作非常方便。 ISP编程过程：芯片先工作在编程模式（此时I/O引脚为高阻），编程后经过一个初始化过程，立即进入正常工作模式。 FPGA的配置方案 CPLD的下载称之为编程，ISP是针对CPLD器件而言的，称在系统可编程。 FPGA的下载称之为配置，可进行在系统重配置，即在系统正常工作时进行下载配置FPGA。称之为ICR（in circuit reconfigrability).其功能跟ISP一样。 FPGA的配置有多种模式，大致分为主动配置模式和被动配置模式。 Altera FPGA配置（下载）方式： 1）主动配置：FPGA器件引导配置过程；配置数据存储在外部ROM中，上电时从ROM中读取数据下载到FPGA器件中，是在产品中使用的配置方式； 2）被动配置：外部计算机或者控制器引导配置过程。在调试和实验阶段使用的配置方式。 可使用CPU或者CPLD作为控制器，模仿下载时序。 配置文件：.pof , .sof .jam , .svf等等类型。 配置器件：EPC系列（PROM或者EEPROM工艺）。 下载电缆：Bitblaster电缆（接串口）和、ByteblasterMV和Byteblaster II电缆（接并口）。 3种编程方式: 基于EEPROM 或者FLASH工艺的器件编程； CPLD采用，掉电后信息不丢失， EEPROM编程速度较慢，但FLASH编程速度快。 基于SRAM查找表的器件编程； FPGA器件采用，掉电后信息丢失，但编程速度快。 基于反熔丝工艺的器件编程。 是一次性编程