SOPC课件 第一章 绪论.ppt

SOPC设计技术 1.1 FPGA/CPLD简介 随着数字电路应用越来越广泛，传统通用的数字集成芯片已经难以满足系统的功能要求，而且随着系统复杂程度的提高，所需通用集成电路的数量呈爆炸性增值，使得电路的体积膨大，可靠性难以保证。此外，现代产品的生命周期都很短，一个电路可能需要在很短的周期内作改动以满足新的功能需求，对于采用通用的数字集成电路设计的电路系统来说即意味着重新设计和重新布线。因此，系统设计师们希望自己设计专用集成电路(ASIC)芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件(FPLD)，其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。 1.1 FPGA/CPLD简介 可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，LPD）是20世纪70年代发展起来的一种新型器件，它的应用和发展不仅简化了电路设计，降低的开发成本，提高了系统的可靠性，而且给数字系统设计的设计方式带来革命性的变化。从20世纪70年代发展到现在，已经形成了许多类型的产品，其结构、工艺、集成度、速度和性能都在不断改进和提高。 最早的PLD是1970年制成的可编程只读存储器PROM，PROM它由固定的与阵列和可编程的或阵列组成。采用熔丝工艺编程，只能写一次，不能擦除和重写。 可编程逻辑阵列PLA于20世纪70年代中期出现，它是由可编程的与阵列和可编程的或阵列组成的，但由于器件的资源利用率低，价格较贵，编程复杂，支持PLA的开发软件有一定难度，因而没有得到广泛应用。 可编程阵列逻辑PAL器件是1977年美国MMI公司（单片存储器公司）率先推出的，它由可编程的与阵列和固定的或阵列组成，采用熔丝编程方式，双极性工艺制造，器件的工作速度很高。由于它的输出结构种类很多，设计很灵活，因而成为第一个得到普遍应用的可编程逻辑器件，如PAL16L8。 通用阵列逻辑（GAL）器件是1985年Lattice公司最先发明的可电擦写、可重复编程、可设置加密位的PLD。GAL在PAL基础上，采用了输出逻辑宏单元形式E2CMOS工艺结构。具有代表性的GAL芯片有GAL16V8和GAL20V8， 复杂可编程逻辑器件(CPLD，Complex PLD)是Lattice公司提出的在线可编程(ISP，In System Programmability)技术以后，于20世纪80年代初出现的。CPLD采用E2COMS工艺制作。其典型器件有Altera的MAX7000系列，Xilinx的7000和9500系列、Lattice的PLS/ispLSI系列和AMD的MACH系列。 现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)器件是Xilinx公司在1985年首家推出的，它是一种新型的高密度PLD，采用CMOS-SRAM工艺制作。FPGA的结构一般分为三部分：可编程逻辑块、可编程I/O模块和可编程内部连线。CLB的功能很强，不仅能够实现逻辑函数，还可以配置成RAM等复杂的形式。配置数据存放在片内的SRAM或熔丝图上，基于SRAM的FPGA器件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E2PROM/FLASH或计算机上，设计人员可以控制加载过程，在现场修改器件的逻辑功能，即所谓现场可编程。FPGA出现后受到电子设计工程师们的普遍欢迎，发展十分迅速。Xilinx、Altera、Actel等公司都能提供高性能的FPGA芯片。 20世纪末出现了SOPC(片上可编程系统)器件，它将EDA技术、计算机系统、嵌入式系统、工业自动化控制系统、DSP及无线电等融为一体，涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容。SOPC结合了SOC、和FPGA各自的优点，集成了硬核或软核CPU、DSP、存储器、外围I/O及可编程逻辑，用户可以利用SOPC平台自行设计各种高速高性能的DSP处理器或特定功能的CPU处理器，从而使电子系统设计进入了一个全新的模式。Xilinx公司和Altera公司的新一代FPGA集成了中央处理器(CPU)或数字处理器(DSP)内核，在一片FPGA上进行软硬件协同设计，为实现SOPC提供了强大的硬件支持。 Xilinx公司 Altera公司 Altera由Robert Hartmann、Michael Magranet、Paul Newhagen和Jim Sansbury于1983年创立，这些有远见的人们对当时的研究进行投资，认为半导体客户将从用户可编程标准产品中受益，逐步取代逻辑门阵列。为满足这些市场需求，Altera的创始人发明了首款可编程逻辑器件(PLD)EP300，开创了半导体业界全新的市场领域。这