EDA技术及实践(第2章)解读.ppt

2.3.2 MAX7000系列器件结构 2、扩展乘积项 2.3.2 MAX7000系列器件结构 2、扩展乘积项 2.3.2 MAX7000系列器件结构 3、逻辑阵列块 2.3.2 MAX7000系列器件结构 4、可编程连线阵列 2.3.2 MAX7000系列器件结构 5、I/O控制块 2.4 FPGA的结构和工作原理 FPGA（Field Programmable Gate Array）即现场可编程门阵列，大多采用SRAM查找表结构。 FPGA是一类高集成度的可编程逻辑器件，起源于美国的Xillnx公司，该公司于1985年推出了世界上第一块FPGA芯片。在这二十年的发展过程中，FPGA的硬件体系结构和软件开发工具都在不断的完善，日趋成熟。从最初的1200个可用门，90年代时几十万个可用门，发展到目前数百万门至上千万门的单片FPGA芯片。 2.4 FPGA的结构和工作原理 目前，市场上有三种基本的FPGA编程技术：SRAM、反熔丝、Flash。其中，SRAM是迄今为止应用范围最广的架构，主要因为它速度快且具有可重编程能力，而反熔丝FPGA只具有一次可编程（One Time Programmable，OTP）能力。基于Flash的FPGA是FPGA领域比较新的技术，也能提供可重编程功能。 目前生产FPGA的公司主要有Xilinx、Altera、Actel、Lattice、QuickLogic等，生产的FPGA品种和型号繁多。 2.4 FPGA的结构和工作原理 典型的FPGA通常包含三类基本资源：可编程逻辑功能块、可编程输入/输出块和可编程互连资源 。 可编程逻辑功能块是实现用户功能的基本单元，多个逻辑功能块通常规则地排成一个阵列结构，分布于整个芯片； 可编程输入/输出块完成芯片内部逻辑与外部管脚之间的接口，围绕在逻辑单元阵列四周； 可编程内部互连资源包括各种长度的连线线段和一些可编程连接开关，它们将各个可编程逻辑块或输入/输出块连接起来，构成特定功能的电路。 2.4 FPGA的结构和工作原理 除了上述构成FPGA基本结构的三种资源以外，随着工艺的进步和应用系统需求的发展，一般在FPGA中还可能包含以下可选资源： 存储器资源（块RAM、分布式RAM）； 数字时钟管理单元（分频/倍频、数字延迟、时钟锁定）； 算数运算单元（高速硬件乘法器、乘加器）； 多电平标准兼容的I/O接口； 高速串行I/O接口； 特殊功能模块（以太网MAC等硬IP核）； 微处理器（PowerPC405等硬处理器IP核） 2.4.1 查找表逻辑结构 查找表即Look Up Table，简称LUT，本质上就是一个RAM。目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的16x1的RAM。其逻辑结构如下图所示： 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 2.4.2 Cyclone系列器件的结构和原理 LE结构图 L U T 时钟信号 寄 存 器 2.4.2 Cyclone系列器件的结构和原理 LAB结构 2.4.2 Cyclone系列器件的结构和原理 LAB阵列 选择CPLD还是FPGA？ 根据结构和原理可以知道，CPLD分解组合逻辑的功能很强，一个宏单元就可以分解十几个甚至20－30多个组合逻辑输入。而FPGA的一个LUT只能处理4输入的组合逻辑，因此，CPLD适合用于设计译码等复杂组合逻辑。 但FPGA的制造工艺确定了FPGA芯片中包含的LUT和触发器的数量非常多，往往都是几千上万，CPLD一般只能做到512个逻辑单元，而且如果用芯片价格除以逻辑单元数量，FPGA的平均逻辑单元成本大大低于CPLD。 所以如果设计中使用到大量触发器，例如设计一个复杂的时序逻辑，那么使用FPGA就是一个很好选择。 PLD硬件特性 与编程技术 第二章 2.1 概述 基本PLD器件的原理结构图 与 阵 列 或 阵 列 输入 缓冲 电路 输出 缓冲 电路 输 入 输 出 2.1.1 PLD的发展历程 1、20世纪70年代，熔丝编程的PROM和PLA最早出现。 2、20世纪70年代末，AMD公司推出PAL器件。 3、 20世纪80年代初，Lattice公司发明电可擦写的、比PAL使用更灵活的GAL器件。 4、 20世纪80年代中期，Xilinx公司生产出世界上第一片FPGA器件。 2.1.1 PLD的发展历程（续） 5、 20世纪80年代末，Lattice公司推出一系列具备在系统编程（In System Programmable）能力的CPLD器件。 6、进入20世纪90年代后，器件的可用