数字系统仿真vhdl设计第一、二章EDA与PLD.ppt

* PLD能做什么呢？可以毫不夸张的讲，PLD能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU,下至简单的74电路，都可以用PLD来实现。PLD如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。在PCB完成以后，还可以利用PLD的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用PLD来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。 PLD的这些优点使得PLD技术在90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了EDA软件和硬件描述语言（HDL，Hardware Description Language)的进步。 * 1）20世纪70年代 早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存贮器(PROM)、紫外线可按除只读存贮器(EPROM)和电可擦除只读存贮器(EEPROM)三种。由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。  2）其后，出现了一类结构上稍复杂的可编程芯片，即可编程逻辑器件(PLD)，它能够完成各种数字逻辑功能。典型的PLD由一个“与”门和一个“或”门阵列组成，而任意一个组合逻辑都可以用“与一或”表达式来描述，所以， PLD能以乘积和的形式完成大量的组合逻辑功能。  这一阶段的产品主要有PAL(可编程阵列逻辑)和GAL(通用阵列逻辑)。这些早期的PLD器件的一个共同特点是可以实现速度特性较好的逻辑功能，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。 3）20世纪80年代中期， Altera推出了类似于PAL结构的扩展型EPLD，可用紫外线或电擦除编程。Xilinx提出了现场可编程概念，推出了与标准门阵列类似的FPGA(Field Programmable Gate Array)。具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高，适用范围宽等特点。兼容了PLD和通用门阵列的优点，可实现较大规模的电路，编程灵活。 4）20世纪80年代末Lattice公司提出在系统可编程概念，ISP（In system Programmable）。推出具备在系统可编程能力的CPLD。 5）20世纪90年代后PLD器件规模超过百万门，出现内嵌复杂功能模块（加法器，乘法器，RAM，PLL，CPU核，DSP核）的超大规模器件SOPC。 * Each of the Macrocells of the ispGAL22V10A has two primary functional modes: registered, and combinatorial I/O. The modes and the output polarity are set by two bits (S0 and S1), which are normally controlled by the logic compiler. * 分为三块结构：宏单元（Marocell)，可编程连线（PIA)和I/O控制块。 宏单元是PLD的基本结构，由它来实现基本的逻辑功能。 兰色部分是多个宏单元的集合（因为宏单元较多，没有一一画出）。 可编程连线负责信号传递，连接所有的宏单元。 I/O控制块负责输入输出的电气特性控制，比如可以设定集电极开路输出，摆率控制，三态输出等。 图中左上的INPUT/GCLK1，INPUT/GCLRn, INPUT/OE1, INPUT/OE2 是全局时钟，清零和输出使能信号，这几个信号有专用连线与PLD中每个宏单元相连，信号到每个宏单元的延时相同并且延时最短。 * 左侧是乘积项阵列，实际就是一个与或阵列，每一个交叉点都是一个可编程熔丝，如果导通就是实现“与”逻辑。后面的乘积项选择矩阵是一个“或”阵列。两者一起完成组合逻辑。 图右侧是一个可编程D触发器，它的时钟，清零输入都可以编程选择，可以使用专用的全局清零和全局时钟，也可以使用内部逻辑（乘积项阵列）产生的时钟和清零。如果不需要触发器，也可以将此触发器旁路，信号直接输给PIA或输出到I/O脚。 * Fuse technique takes larger chip area, while anti-fuze tech. is small enough * EPROM tech., difficult to erase * All Flash MOSFET connector their ‘Source’ together, so the erasing is block erasing Programming: (Like EPROM), S?12V, Vsd = 6~7V Original Flash EEPROM require a high programming volta