8 6 现场可编程门阵列.PDFVIP

第八章 可编程逻辑器件——自学讲义 8. 6 现场可编程门阵列 是 20 世纪 80 年代中期出现的高密度 PLD 。 采用类似于掩模编程门阵列的通用结构，其内部由许多独立的可编程逻辑模块组成，用 户可以通过编程将这些模块连接成所需要的数字系统。它具有密度高、编程速度快、设计灵 活和可再配置等许多优点，因此FPGA 自1985 年由 Xilinx 公司首家推出后，便受到普遍欢 迎，并得到迅速发展。 FPGA 的功能由逻辑结构的配置数据决定。工作时，这些配置数据存放在片内的 SRAM 或熔丝图上。基于 SRAM 的 FPGA 器件，在工作前需要从芯片外部加载配置数据。配置数 据可以存储在片外的 EPROM 、E2PROM 或计算机软、硬盘中。人们可以控制加载过程，在 现场修改器件的逻辑功能，即所谓现场编程。 FPGA 的基本结构 FPGA 的基本结构： 可编程逻辑模块 CLB 输入／输出模块 IOB 互连资源 IR ⑴ 可编程逻辑模块 CLB 结构形式： ① 查找表结构 ② 多路开关结构 ③ 多级与非门结构。 电路组成： 逻辑函数发生器 触发器 数据选择器 信号变换 ⑵ 可编程输入／输出模块(IOB) IOB 主要完成芯片内部逻辑与外部封装脚的接口，它通常排列在芯片的四周；提供了器 件引脚和内部逻辑阵列的接口电路。每一个 IOB 控制一个引脚(除电源线和地线引脚外) ，将 它们可定义为输入、输出或者双向传输信号端。 ⑶ 可编程互连资源(IR) 包括各种长度的连线线段和一些可编程连接开关。 连线通路的数量与器件内部阵列的规模有关，阵列 规模越大，连线数量越多。 互连线按相对长度分为单线、双线和长线三种。 FPGA 的分类： 1 ）、按CLB 的大小分： 细粒度（Fine-grain ） 粗粒度（Coarse-grain ） 2 ）、按互联结构分类： 分段互联型 连续互联型 3 ）、按可编程特性分类： 一次性可编程 重复可编程 FPGA 的特点： 1）、集成度高，逻辑实现和综合能力强，设计更灵活； 2 ）、现场可编程，产品上市快，可反复使用； 3 ）、FPGA 内部丰富的触发器和I/O 引脚弥补了 PLD 规模小，I/O 少的不足； 4 ）、但FPGA 总的电路工作速度比一般 PLD 低，且有易失性。