第二章_可编程逻辑器件.pptx

FPGA与硬件描述语言2014.4第二章 可编程逻辑器件2.1 可编程逻辑器件的发展历程2.2 可编程逻辑器件的基本结构与分类2.3 简单可编程逻辑器件2.4 复杂可编程逻辑器件2.5 现场可编程门阵列FPGA可编程逻辑器件—发展历程可编程逻辑器件是近十年才发展起来的一种新型集成电路现代的可编程逻辑器件以EEPROM、SRAM或Flash为基础，由用户根据自己的需要对其进行编程，确定芯片的功能可编程逻辑器件—发展历程数字集成电路的发展历程可编程逻辑器件—发展历程在历史上，可编程逻辑器件经历了如下发展过程，在结构、工艺、集成度、功能、速度和灵活性方面都有了很大的改进和提高可编程逻辑器件—发展历程最早的可编程逻辑器件是1970年出现的PROM（Programmable Read-Only Memory）由固定的全译码与阵列和可编程的或阵列组成，采用熔丝工艺制造，只能写一次，不可擦除阵列规模大、速度低，主要被作为存储器使用可编程逻辑器件—发展历程EPROM（Erasable Programmable Read-Only Memory）EEPROM（E2PROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）可编程逻辑器件—发展历程Flash（Flash EEPROM Memory）可编程逻辑器件—发展历程20世纪70年代中期出现了可编程逻辑阵列器件PLA（Programmable Logic Array）PLA是基于与或阵列的器件，PLA的与阵列和或阵列均可编程PLA编程复杂，开发起来相对困难，并且器件的资源利用率低可编程逻辑器件—发展历程20世纪70年代末，美国MMI公司，推出了可编程阵列逻辑器件PAL（Programmable Array Logic）PAL由可编程的与阵列和固定的或阵列组成，是基于与或阵列的器件PAL可以达到很高的工作速度，并且它的输出结构种类很多，设计也很灵活可编程逻辑器件—发展历程20世纪80年代初，Lattice公司发明了通用阵列逻辑器件GAL（Generic Array Logic）与PAL相比，GAL增加了输出逻辑宏单元（OLMC，Output Logic Macro Cell），并且具有可擦除、可重复编程、数据可长期保存和可重新组合结构等优点GAL比PAL使用更加灵活，典型的GAL器件可以取代几乎所有的PAL器件可编程逻辑器件—发展历程PLA、PAL和GAL同属低密度的PLD，其规模小，难以实现复杂的逻辑功能从20世纪80年代末开始，随着集成电路工艺水平的不断提高，PLD突破了传统的单一结构，向着高密度、高速度、低功耗以及结构体系更灵活的方向发展，相继出现了各种不同结构的高密度PLD可编程逻辑器件—发展历程20世纪80年代中期，Altera公司推出了一种新型的可编程逻辑器件EPLD（Erasable Programmable Logic Device）EPLD基于CMOS和EPROM工艺制造，集成度比PAL和GAL高得多，设计也更加灵活EPLD保留了逻辑块结构，即使是规模很大的EPLD的内部延时也很小EPLD最大的缺点在于其内部互连能力比较弱，现在已不常使用可编程逻辑器件—发展历程1985年Xillinx公司推出了现场可编程门阵列器件FPGAFPGA是一种新型的高密度PLD，采用标准CMOS工艺制造，其内部由许多独立的可编程逻辑模块组成，逻辑块之间可以灵活地相互连接FPGA的功能由逻辑结构的配置数据决定，片内的SRAM或者熔丝图用于工作时存放配置数据FPGA具有密度高、编程速度快、设计灵活和设计可再配置等优点可编程逻辑器件—发展历程20世纪80年代末，Lattice公司提出了在系统可编程ISP（In System Programmable）技术此后基于这一技术相继出现了一系列具备在系统可编程能力的复杂可编程逻辑器件CPLD（Complex Programmable Logic Device）CPLD是在EPLD的基础上发展起来的，增加了内部互连线，改进了内部结构体系，增加了触发器的数量CPLD的性能比EPLD更好，设计也更加灵活可编程逻辑器件—发展历程进入20世纪90年代以后，高密度PLD在生产工艺、器件的编程和测试技术等方面都有了飞速发展FPGA的集成度已经可以达到100万个等效PLD门，最高工作频率可以达到100MHz以上CPLD产品的集成度最多可达25万个等效门，最高工作速度已达180MHz可编程逻辑器件—基本结构根据已学过的数电相关知识，任何的组合逻辑都可以用与或表达式来表示因此现在使用的可编程逻辑器件普遍都有相似的内部结构，是由输入电路、与阵列、或阵列和输出电路几部分构成可编程逻辑器件—基本结构可编程逻辑器件结构示意图可编程逻辑器件