EDA技术及应用—基于FPGA的电子系统设计：可编程逻辑器件.ppt

*图3-7组合逻辑假设组合逻辑的输出(AND3的输出)为f，则f=(A+B)*C*(!D)=A*C*!D+B*C*!DPLD将以下面图3-8的方式来实现组合逻辑f。图3-8组合逻辑f的内部实现例:以一个简单的电路为例,具体说明PLD是如何利用以上结构实现逻辑的，电路如图3-7所示。（3）布线池、布线矩阵CPLD的布线及连同方式与FPGA差异较大。前面讲过，FPGA内部有不同速度、不同驱动能力的丰富布线资源，用以完成FPGA内部所有单元之间的互联互通。而CPLD的结构比较简单，其布线资源也相对有限，一般采用集中式分布线池结构。所谓布线池其本质是一个开关矩阵，通过打结点可以完成不同MC的输入与输出项之间的连接。由于CPLD的布线池结构固定，所以CPLD的输入管脚到输出管脚的标准延时固定，被称为PintoPin延时，用Tpd表示，PintoPin延时反应了CPLD器件可以实现的最高频率，也就清晰地标明了CPLD器件的速度等级。（4）其他辅助功能模块CPLD中还有一些其他的辅助功能模块，如JTAG（IEEE1532、IEEE1149.1）编程模块，一些全局时钟、全局使能、全局复位/置位单元等。FPGA是什么？FPGA（FieldProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，从通俗易懂的角度定义，FPGA就是一个可以通过编程来改变内部结构的芯片。发明时代扩展时代积累时代1、定义2、发展历程系统时代智能时代1983-1992年，产品逻辑门数量和工艺不具备竞争优势，不受市场重视。1992-1999年，SRAM制造工艺和EDA软件的引入，使得FPGA容量翻番和成本减半，为大规模应用奠定基础。2000-2007年，成功在数据通信市场打开局面，成为数字系统中的通用组件，并开始从门阵列向集成可编程逻辑的复杂系统过渡。2008-2015年，为解决系统设计问题，FPGA越来越多地整合系统模块和功能，并推动了各类工具的发展。2015年以后，成为数据中心、人工智能的加速平台，多核异构和自适应计算平台成为新的方向，软件开发者开始融入到FPGA的软硬件生态系统。FPGA与ASIC通用专用通用型指的是按照标准输入源输出要求模式，完成某一特定功能的集成电路——相当于把棉花做成了不同的布。专用型指的是为特定用户或特定电子系统制作的集成电路——相当于把布匹组合成衣服，每件衣服只有特定的人才能适合和喜欢。CPUGPUDSPFPGAMCU……存储器基带芯片射频芯片导航芯片编解码器……FPGA可以比喻为：堆满各种原始建筑材料的“荒地”一块，没有“免费的午餐”，必须“自己动手”，方可“丰衣足食”。ASIC可以比作是风格迥异、功能不同，可拎包即住的房屋楼宇。用途分类ICFPGA的优势1、灵活性可重编程，可定制。易于维护，方便移植、升级或扩展。降低NRE成本，加速产品上市时间。支持丰富的外设接口，可根据需求配置。2、并行性更快的速度、更高的带宽。满足实时处理的要求。3、集成性更多的接口和协议支持。可将各种端接匹配元件整合到器件内部，有效降低BOM成本。?单片解决方案，可以替代很多数字芯片。减少板级走线，有效降低布局布线难度。FPGA的主要应用方向通信设备的高速接口电路设计数字信号处理或者数学计算SOPC在这一方向要求FPGA设计者有一定的数学功底，能够理解并改进较为复杂的数学算法，并利用FPGA内部的各种资源使之能够变为实际的运算电路。目前真正投入实用的还是在通信领域的无线信号处理、信道编解码以及图像信号处理等领域，其它领域的研究正在开展中。这一方向主要是用FPGA处理高速接口的协议，并完成高速的数据收发和交换。FPGA最初以及到目前最广的应用就是在通信领域，一方面通信领域需要高速的通信协议处理方式，另一方面通信协议随时在修改，非常不适合做成专门的芯片。因此能够灵活改变功能的FPGA就成为首选。到目前为止FPGA的一半以上的应用也是在通信行业。这一方向严格意义上来说，已经在FPGA设计的范畴之内，只不过是利用FPGA这个平台搭建的一个嵌入式系统的底层硬件环境，然后设计者主要是在上面进行嵌入式软件开发而已。就目前SOPC方向发展其实远不如前面两个方向，其主要原因是因为SOPC以FPGA为主，或者是在FPGA内部的资源实现一个“软”的处理器，或者是在FPGA内部嵌入一个处理器核。但大多数的嵌入式设计却是以软件为核心，以现有的硬件发展情况来看，多数情况下的接口都已经标准化，并不需要那么大的FPGA逻辑资源去设计太过复杂的接口。FPGA