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第6章 可编程逻辑器件 6 本章小结 可编程逻辑器件(PLD)是20世纪80年代以后迅速发展起来的一种新型半导体数字集成电路，其最大特点是可以通过编程的方法设置其逻辑功能。本章重点在于介绍各种PLD在电路结构和性能上的特点，以及它们用来实现哪些逻辑功能，适用在哪些场合。 到目前为止，已经开发的PLD有PLA、PAL、GAL、CPLD、EPLD、FPGA及ISP-PLD等几种类型。现场可编程门阵列FPGA和可编程逻辑阵列PAL是较早应用的两种PLD。FPGA具有更高的集成度、更强的逻辑实现能力和更好的设计灵活性。它有采用反熔丝开关元件控制结构，可一次编程，不能改写；也有采用SRAM或快闪存储器控制的开关元件控制结构，可重复编程。FPGA一般由可编程逻辑块CLB、叮编程I/O模块和可编程连接资源IR组成，和EPLD、CPCD结构较为类似。 PLD设计有自底向上(Bottom-Up)式和自顶向下(Top—Down)式等设计方法，其中Top-Down式是目前最为常用的设计方法。一个完整的PLD设计流程有设计准备、设计输入、设计处理、器件编程4个步骤和设计校验(功能仿真和时序仿真)、器件测试两种验证过程。 在系统可编程ISP技术是目前PLD设计过程中较为常用的一种先进的编程技术，该技术支持对器件、电路板或整个电子系统的逻辑功能随时进行修改或重构。 边界扫描测试技术用于解决芯片的测试问题，它是当前对芯片和集成电路测试检验最为有效的方法。 6 思考题和习题 6.1 PLD的分类方法有哪几种?各有什么特征? 6.2 PAL，GAL，EPLD，CPLD和FPGA有何共同处和不同之处? 6.3有多少种PLD?它们属于PLD的哪一类? 6.4 PLA和PAL在结构方面具有什区别? 6.5 PLD常用的存储元件有哪几种?各有哪些特点？ 6.6试比较”积木”式、Bottom-Up式、Top-Down式3种数字系统设计方法的异同点。 6.7如何看待在系统可编程技术和边界扫描测试技术? 6.8”在系统可编程”技术是针对电路板和系统上的哪类元件编程的? 6.9边界扫描测试技术用于解决什么问题? 6.10 Altera公司的ByteBlaster的10芯接口有何用途? * 第6章 可编程逻辑器件 6.1 可编程逻辑器件的基本原理 6.2 可编程逻辑器件的设计技术 6.3 可编程逻辑器件的编程与配置 本章概要：本章介绍FPLA、PLA、GAL、EPLD和FPGA等各种类型可编程逻辑器件的电路结构、工作原理和使用方法，并介绍可编程逻辑器件的编程方法。 ?知识要点：（1）可编程逻辑器件的分类。 （2）可编程逻辑器件的结构及特性。 （3）可编程逻辑器件的编程方法。 ?教学安排：本章教学安排2学时。由于使用EDA手段设计电路及系统时，可编程逻辑器件的编程下载完全由计算机自动完成。因此，本章学习的目的是让读者了解可编程逻辑器件的分类和特性以及编程的初步知识。 6.1 可编程逻辑器件的基本原理 PROM是始于1970年出现第一块可编程逻辑器件PLD（Programmable Logic Device），随后可编程逻辑器件又陆续出现了PLA、PAL、GAL、EPLD及现阶段的CPLD和FPGA等。可编程逻辑器件的出现，不仅改变了传统的数字系统设计方法，而且促进了EDA技术的高速发展。EDA技术是以计算机为工具，代替人去完成数字系统设计中各种复杂的逻辑综合、布局布线和设计仿真等工作。设计者只需用硬件描述语言完成对系统功能的描述，就可以由计算机软件自行完成处理，得到设计结果。利用EDA工具进行设计，可以极大地提高设计的效率。 6.1.1 可编程逻辑器件的分类 可编程逻辑器件的密度分类 低密度可编程逻辑 器件(LDPLD) 高密度可编程逻辑 器件(HDPLD) 可编程逻辑器件(PLD) PROM PLA PAL GAL EPLD CPLD FPGA 1． 按集成密度分类 可编程逻辑器件从集成密度上可分为低密度可编程逻辑器件LDPLD和高密度可编程逻辑器件HDPLD两类。 LDPLD 通常是指早期发展起来的、集成密度小于700门/片左右的PLD如ROM、PLA、PAL和GAL等。 HDPLD包括可擦除可编程逻辑器件EPLD（Erasable Programmable Logic Device）、复杂可编程逻辑器件CPLD（Complex PLD）和FPGA三种，其集成密度大于700门/片。如Altera公司的EPM9560，其密度为12000门/片，Lattice公司的