EDA第2章 PLD硬件特性与编程技术.ppt

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1、EDA技术与VHDL第2章PLD硬件特性与编程技术KX康芯科技PLD-ProgramableLogicDeviceFPGA-FieldProgrammableGateArrayCPLD-ComplexProgrammableLogicDevice可编程逻辑器件（PLD）传统数字系统由固定功能的标准集成电路构成，如：74/51系列、4000、4500系列等构成。设计无灵活性，芯片种类多数目大。现代数字系统仅由三种标准积木块：微处理器、存储器以及PLD构成，即：CPU+RAM+PLD的模式，PLD是设计的核心PLD—Programmable

2、LogicDevice：用户构造逻辑功能2.1PLD概述图2-1基本PLD器件的原理结构图2.1.1PLD的发展历程熔丝编程的PROM和PLA器件AMD公司推出PAL器件GAL器件FPGA器件EPLD器件CPLD器件内嵌复杂功能模块的SoPC20世纪70年代20世纪70年代末20世纪80年代初20世纪80年代中期20世纪80年代末进入20世纪90年代后2.1PLD概述2.1.2PLD的分类图2-2按集成度(PLD)分类2.1PLD概述2.1.2PLD的分类1．熔丝(Fuse)型器件。2．反熔丝(Anti-fuse)型器件。3．EPROM

3、型。称为紫外线擦除电可编程逻辑器件。4．EEPROM型。5．SRAM型。6．Flash型。2.1PLD概述从编程工艺上划分:2.2低密度PLD可编程原理2.2.1电路符号表示图2-3常用逻辑门符号与现有国标符号的对照2.2.1电路符号表示图2-4PLD的互补缓冲器图2-5PLD的互补输入图2-6PLD中与阵列表示图2-7PLD中或阵列的表示图2-8阵列线连接表示2.2.2PROM图2-9PROM基本结构2.2低密度PLD可编程原理2.2.2PROMPROM中的地址译码器是完成PROM存储阵列的行的选择，其逻辑函数是：2.2低密度PLD可

4、编程原理2.2.2PROM2.2低密度PLD可编程原理……...…2.2.2PROM图2-10PROM的逻辑阵列结构2.2低密度PLD可编程原理2.2低密度PLD可编程原理2.2.2PROMPROM芯片中记忆行与记忆列的每一个交点都是靠熔丝将它们连接起来。全部的存储单元都有熔丝，PROM芯片所有存储单元的初始（空白）状态都是1值。若想将单元值变为0，必须使用编程器向存储单元发送一定量的电流烧断熔丝。图22.2.2PROM图2-11PROM表达的PLD阵列图2.2低密度PLD可编程原理2.2.2PROM图2-12用PROM完成半加器逻辑阵

5、列2.2低密度PLD可编程原理2.2.3PLA图2-13PLA逻辑阵列示意图2.2低密度PLD可编程原理2.2.3PLA图2-14PLA与PROM的比较2.2低密度PLD可编程原理2.2.4PAL图2-15PAL结构图2-16PAL的常用表示2.2低密度PLD可编程原理图2-17一种PAL16V8的部分结构图2.2.5GAL2.2低密度PLD可编程原理GAL即通用阵列逻辑器件，首次在PLD上采用了EEPROM工艺，使得GAL具有电可擦除重复编程的特点，彻底解决了熔丝型可编程器件的一次可编程问题。GAL在“与-或”阵列结构上沿用了PAL的

6、与阵列可编程、或阵列固定的结构，但对PAL的输出I/O结构进行了较大的改进，在GAL的输出部分增加了输出逻辑宏单元OLMC(OutputMacroCell)。2.3CPLD的结构与可编程原理CPLD内部结构（Altera的MAX7000S系列）逻辑阵列模块中包含多个宏单元2.3CPLD的结构与可编程原理图2-18MAX7000系列的单个宏单元结构图2-19MAX7128S的结构1．逻辑阵列块(LAB)2.3CPLD的结构与可编程原理2．宏单元全局时钟信号全局时钟信号由高电平有效的时钟信号使能用乘积项实现一个阵列时钟2.3CPLD的结构与

7、可编程原理逻辑阵列MAX7000系列中的宏单元乘积项选择矩阵可编程寄存器3．扩展乘积项图2-20共享扩展乘积项结构2.3CPLD的结构与可编程原理3．扩展乘积项图2-22并联扩展项馈送方式共享扩展项并联扩展项4．可编程连线阵列(PIA)图2-22PIA信号布线到LAB的方式2.3CPLD的结构与可编程原理5．I/O控制块图2-23EPM7128S器件的I/O控制块2.4.1查找表逻辑结构图2-24FPGA查找表单元2.4FPGA的结构与工作原理2.4.1查找表逻辑结构图2-25FPGA查找表单元内部结构2.4.2Cyclone系列器件的

8、结构与原理图2-26CycloneLE结构图2.4.2Cyclone系列器件的结构与原理图2-27CycloneLE普通模式2.4.2Cyclone系列器件的结构与原理图2-28CycloneLE动态算术模