应用技术之五.pptVIP

DSP应用技术之五 李彧晟 五 可编程逻辑器件在DSP系统中应用 5.1 ASIC与FPGA 5.2 FPGA简介 5.3 DSP与FPGA 5.4 数字信号处理的新设计思想 5.1 ASIC与FPGA 5.1.1 ASIC与通用集成电路 专用集成电路（ASIC）是指专门为特别需要或特定的电子产品而设计的芯片。在ASIC没有出现以前，对所有电子产品的设计都是从选用通用的集成电路芯片开始，再由这些芯片和其它元件构成系统。这种自下而上的设计方法由于使用了大量不同的类型元件，从而不可避免地造成系统体积大、功耗高、可靠性差的缺点。人们希望能够把这些由通用的元件搭成的系统集成到一个芯片上，即专用集成电路中来。但限于工艺水平、加工技术、市场约束，这一早在20世纪60年代就出现的呼声直到80年代才成为现实。 各电子产品厂家为在日益激烈的竞争中保持优势，都清楚地认识到开发周期短、功能强、可靠性高、必威体育官网网址性好的ASIC大有前途。与通用的集成电路相比，ASIC具有如下优点： ①体积小，容量大：将100万个以上门电路，数亿个 晶体管集成于一个芯片，体积自然很小； ②功耗低； ③可靠性高； ④必威体育官网网址性强； ⑤具有在线可编程能力； ⑥各种先进的开发手段大大缩短了开发周期。 5.1.2 半定制ASIC ASIC有全定制和半定制之分。其中半定制集成电路有如下几种： ①门阵列（Gate Array） ②标准单元（Standard Cell） ③简单可编程逻辑器件（SPLD） ④复杂可编程逻辑器件（CPLD） ⑤现场可编程门阵列（FPGA） 1. 门阵列 门阵列器件是最早开发的ASIC器件，也称自由逻辑阵列。它由很多基本单元（即门电路）组成固定的阵列。IC工厂在出厂的门阵列芯片上按照一定规格，制造大量规则排列的单元。用这种半成品芯片按自己需要连接基本单元以得到自己的电路。门阵列器件从结构上可划分为通道型和门海型两种结构。后者比前者的结构更紧密，从而增加灵活性，提高了芯片的利用率。从门阵列的结构可看出，当门阵列的单元数目很大，其连线也必然复杂。但固定的阵列间布线通道的宽度是有限的，使得门单元利用率不能很高，所以为了提高门电路的利用率，并简化布线结构，在门阵列的基础上出现了标准单元的结构形式。 2. 标准单元 标准单元设计是指IC厂在出厂的ASIC芯片上，统一包装了一系列具有一定逻辑功能的单元，即标准单元。这些单元的功能各异，种类基本包含了所有中小规模集成电路。这些标准单元被统一放在一个库中。用户设计时，从库中选取自己所需的功能单元来搭成自己的系统。这很像搭积木，所有要用到的积木（标准单元）都放在盒中（标准单元库），搭不同图案（用户电路）选取不同积木，作品完成后，图案上只有用到的积木，而没有的则还在盒中。从这里可看出标准单元与门阵列相比，它的布线通路宽度一定，这样就能极大地减小空间（即芯片面积）。 3. 可编程ASIC 在半定制ASIC产品中的后三种SPLD、CPLD和FPGA一般统称为可编程ASIC。它是ASIC的一个重要分支。由于这三种器件都具有可编程能力，在市场上选购这种半定制器件，又可通过编程完成各自功能，厂家也非常乐于生产这种可批量生产的器件。于是消费者与制造者共同的青睐，使得可编程ASIC的发展异常迅速。 目前将可编程ASIC分为三类：SPLD、CPLD和FPGA。划分的主要标准是其结构的复杂程度。 简单可编程逻辑器件SPLD 简单可编程逻辑器件是可编程 ASIC的早期产品。PROM，FPLA，PAL，GAL都属于此类。简单PLD的典型是由与阵列及或阵列组成的，能有效地实现以“积之和”为形式的布尔逻辑函数。 复杂可编程逻辑器件CPLD CPLD的出现是在20世纪80年代末期。其结构上区别于早期的SPLD，最基本的一点在于：SPLD逻辑门编程，而CPLD为逻辑块板编程，即以逻辑宏单元为基础，加上内部的与或阵列和外围的输入／输出模块，不但实现了除简单逻辑控制之外的时序控制，又扩大了在整个系统中的应用范围和扩展性。具有简单（Flash）、时序确定等优点，但规模小、I/O脚定义没FPGA方便。 现场可编程逻辑器件FPGA 现场可编程逻辑门阵列(Field Programm-able Gate Array)是20世纪 80年代中期出现的一种新型可编程器件。FPGA采用类似于掩膜可编辑门阵列的结构，并结合可编程逻辑器件的特性，使它既继承了门阵列逻辑器件密