第02讲 可编程逻辑器件.pptVIP

数字系统设计模型 数字系统的设计方法 自顶向下（Top-down） 自底向上（Bottom-up） 本课程学习目的 了解一类可编程器件 掌握一门HDL语言 熟悉一种设计工具 GAL是一种可电擦写、可重复编程、可设置加密位的PLD器件 与PAL器件相比，GAL增加了一个可编程的输出逻辑宏单元OLMC（Output Logic Macro Cell）。 由于在实际应用中，GAL器件几乎能够完全仿真PAL器件，所以PAL器件已经很少被使用。 GAL最早出自Lattice公司。 在系统可编程技术ISP (In System Programmability) PLD计算机辅助设计 下载板  实验箱控制面板 EL-SOPC4000底板资源平面图 现场可编程门阵列（FPGA） FPGA是80年代中期发展起来的一种可编程的大规模集成器件。 以FPGA为核心的PLD产品是近几年集成电路中发展最快的产品 可配置逻辑单元（Configurable Logic Blocks） CLB是FPGA内的基本逻辑单元。CLB的实际数量和特性会依器件的不同而不同，但是每个CLB都包含一个可配置开关矩阵，此矩阵由4或6个输入、一些 选型电路(多路复用器等)和触发器组成。开关矩阵是高度灵活的，可以对其进行配置以便处理组合逻辑、移位寄存器或RAM。 面向FPGA/CPLD的EDA开发流程 原理图输入（二） ? 特点： · 体积小 · 可靠性高 · 可现场编程，成为产品后还可反复修改 FPGA的发明者——Ross Freeman FPGA的结构 可配置逻辑单元（Configurable Logic Blocks） 可编程I/O单元（Input/Output Blocks） 可编程内部互连资源PI（Programmable Interconnection） 可配置逻辑块 可编程输入/输出模块 可编程互连资源 FPGA的基本结构 存储器资源（Block RAM和Select RAM） 数字时钟管理单元（分频/倍频、数字延迟） I/O多电平标准兼容（Select I/O） 算术运算单元（乘法器、加法器） 特殊功能模块（MAC等硬IP核） 微处理器（PPC405等硬处理器） 随着工艺的进步和应用系统需求，一般在FPGA中还包含以下可选资源： FPGA 基于LUT（Look-Up table）技术，采用SRAM工艺的FPGA 基于反熔丝（Anti-fuse）技术的FPGA LUT本质上就是一个RAM FPGA开发软件会自动计算逻辑电路的所有可能结果，并把结果事先写入RAM 每输入信号进行逻辑运算就等于输入地址进行查表，然后输出即可 目前FPGA中多使用4输入的LUT, 所以每个LUT 可看成一个有4 位地址线的16×1的RAM 基于查找表LUT技术的FPGA 基于查找表技术（Look-Up table），采用SRAM工艺的FPGA 目前大部分FPGA都是基于SRAM工艺的 SRAM工艺的芯片在掉电后信息就会丢失，一定需要外加一片专用配置芯片 上电时，由这个专用配置芯片把数据加载到FPGA中，然后FPGA就可以正常工作 配置时间很短，不会影响系统正常工作。 采用SRAM工艺的FPGA芯片的配置方法 主要有三种：由计算机通过下载电缆配置、用专用配置芯片（如Altera公司的EPCX系列芯片）配置、采用存储器加微控制器的方法配置。 第一种方法适合调试设计时用； 第二种和第三种在实际产品中使用较多。 第二种方法的优点在于外围电路非常简单，体积较小，适用于不需要频繁升级的产品； 第三种方法的优点在于成本较低，升级性能好。 以上几种方法在系统加电时，都需要将配置的比特流数据按照确定的时序写入SRAM工艺的FPGA。 因此，采用一定的电路对配置FPGA的数据引脚进行采样，即可得到配置数据流信息。利用记录下来的配置数据可对另一块FPGA芯片进行配置，就实现了对FPGA内部设计电路的克隆。 缺点：SRAM工艺的PLD一般不可以加密。 缺点：编程数据信息在系统断电时丢失 ,每次上电时,需从器件的外部存储器或计算机中将编程数据写入SRAM中。 优点：可进行任意次数的编程 ,并可在工作中快速编程 ,实现板级和系统级的动态配置 ,因此称为在线重配置的PLD或可重配置硬件 如：Altera的所有FLEX、ACEX、APEX系列，Xilinx的Spartan、Virtex等 基于反熔丝（Anti-fuse）技术的FPGA 缺点：不能重复擦写，初期开发过程比较麻烦，费用也比较高。 优点： · 不需要外加专用的配置芯片； · 布线能力强，系统速度快，功耗低； · 抗辐射能力强，耐高低温，可以加