第1章-可编程逻辑器件概述课件

第1章 可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件概述1.1 1.1 可编程逻辑器件的发展历史可编程逻辑器件的发展历史 二极管、三极管二极管、三极管 中小规模集成电路中小规模集成电路 专用集成电路专用集成电路ASIC 可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLD (Programmable Logical Device,PLD)可编程只读存储器可编程只读存储器PROMPROM可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列PLA PLA 可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑PALPAL通用阵列逻辑通用阵列逻辑 GAL GAL 复杂可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）现场可编程逻辑门阵列现场可编程逻辑门阵列（Filed Programmer Gate Array，FPGA）可编程逻辑器件的发展可编程逻辑器件的发展低密度低密度PLD高密度高密度PLD1.2 1.2 可编程逻辑器件的主要生产公司可编程逻辑器件的主要生产公司AlteraXilinxLatticeActel常用的常用的CPLD器件主要有：器件主要有：classic，Max系列；系列；FPGA器件主要有：器件主要有：Cyclone系列、系列、Stratic系列系列Arria系列及系列及ACEX等等。或或中文网站中文网站1.2 1.2 可编程逻辑器件的主要生产公司可编程逻辑器件的主要生产公司AlteraXilinxLatticeActel网址网址， FPGA的发明者的发明者 主要产品主要产品高性能：高性能：VietexTM-5，低成本：低成本：Spartan-31.2 1.2 可编程逻辑器件的主要生产公司可编程逻辑器件的主要生产公司AlteraXilinxLatticeActel反熔丝反熔丝FPGA和和Flash FPGA技术与产品的开拓者技术与产品的开拓者 最早推出最早推出PLD的公司，的公司，并于并于1991年率先推出年率先推出高密度在系统可编程高密度在系统可编程（ISP）逻辑器件）逻辑器件，扩展了扩展了CPLD的应用领域的应用领域1.3 FPGA/CPLD的主要应用领域的主要应用领域（一）（一）数据采集和接口逻辑领域数据采集和接口逻辑领域（1 1）数据采集领域数据采集领域（2 2）逻辑接口领域的应用逻辑接口领域的应用（3 3）电平接口领域电平接口领域 除了除了TTL、CMOS接口电平之外，接口电平之外，LVDS、HSTL、GTL/GTL、SSTL PC机与外部通信的接口也比较丰富，机与外部通信的接口也比较丰富，比如，比如，ISA、PCI、PCI Express、PS/2、USB等等 对于高速的对于高速的A/D和和D/A转换芯片，比如视频转换芯片，比如视频Decoder或者或者Encoder，不能与通用的，不能与通用的MCU或者或者DSP直接接口直接接口（二）（二）高性能数字信号处理领域高性能数字信号处理领域（三）（三）其它应用领域其它应用领域 例如高清视频编码算法例如高清视频编码算法H.264，采用，采用TI公司公司1GHz主频的主频的DSP芯片需要芯片需要4颗，而采用颗，而采用Altera的的StratixEP2S130芯片只需要一颗就可以完成相同的任务。芯片只需要一颗就可以完成相同的任务。（1）汽车电子领域，如网关控制器）汽车电子领域，如网关控制器/车用车用PC机、机、远程信息处理系统远程信息处理系统（2）军事领域，如安全通信、雷达和声纳、电子战）军事领域，如安全通信、雷达和声纳、电子战（3）测试和测量领域，如通信测试和监测、半导体自动）测试和测量领域，如通信测试和监测、半导体自动 测试设备、通用仪表，测试设备、通用仪表，（4）消费产品领域，如显示器、投影仪、数字电视和）消费产品领域，如显示器、投影仪、数字电视和 机顶盒、家庭网络。机顶盒、家庭网络。（5）医疗领域，如软件无线电、电疗、生命科学。）医疗领域，如软件无线电、电疗、生命科学。1.4 FPGA/CPLD的设计流程的设计流程VHDL、Verilog1.5 Altera 的的CPLD/FPGA编程及配置编程及配置JTAG：主动（主动（AS）配置方式）配置方式被动（被动（PS）配置方式）配置方式使用使用IEEE Std 1149.1 JTAG引脚来完成配置引脚来完成配置.由由FPGA主动输出控制和同步信号给主动输出控制和同步信号给Altera专用的一种串行配置芯片。专用的一种串行配置芯片。系统中其它设备发起并控制配置过程，这些设备系统中其它设备发起并控制配置过程，这些设备可以是可以是Altera的配置芯片，或是单板上智能设备，的配置芯片，或是单板上智能设备，如微处理器、如微处理器、CPLD等。等。表一表一 Altera FPGA Altera FPGA 系列器件的配置方式系列器件的配置方式配置方式器件系列StratixStratixStratix GXCycloneCycloneAPEXAPEX20KAPEX20KEAPEX20KCMercuryACEXFLEX10KFLEX10KEFLEX10KAFLEX6000PSASFPPPPSPPAPSAJTAGPS（被动串行），（被动串行），PSAPSA（被动串行异步），（被动串行异步），PPSPPS（被动并行同步）（被动并行同步）PPAPPA（被动并行异步），（被动并行异步），FPPFPP（快速被动并行）（快速被动并行）配置芯片配置芯片当当FPGA正常工作时，其配置数据存储在正常工作时，其配置数据存储在SRAM中，而中，而SRAM有易失性，故每次加电配置数据都必须有易失性，故每次加电配置数据都必须重新载入。重新载入。Altera为设计者提供了一系列配置器件来为设计者提供了一系列配置器件来存储配置数据。存储配置数据。普通型普通型配置器件：容量较小配置器件：容量较小增强型增强型配置器件配置器件:容量较大容量较大AS串行配置器件串行配置器件 EPC1441(0.4M)、EPC1(1M)和和EPC2(1.6M)，前两者不可擦写前两者不可擦写EPC4(4M)、EPC8和和EPC16EPCS1（1Mbit)、EPCS4、EPCS16和和EPCS64FPGA下载电缆下载电缆DB2574LS244采用压缩后的字节进行配置，采用压缩后的字节进行配置，相比没有压缩前占的容量的相比没有压缩前占的容量的35%55%.1.6 Altera器件管脚命名方法器件管脚命名方法Arria II GX Devices 1.7 Xilinx器件管脚命名方法器件管脚命名方法XC2V1000-5FG456C器件型号器件型号速度等级速度等级(-4,-5,-6)封装封装引脚数引脚数温度等级：温度等级：C商业级商业级0C+85C I工业级工业级 40C+100CXC2V：表示：表示Virtex-系列，系列，10001000表示表示100100万门万门1.7 Xilinx器件管脚命名方法器件管脚命名方法XC2VP20-7FF896C器件型号器件型号速度等级速度等级(-4,-5,-6)封装封装引脚数引脚数温度等级：温度等级：C商业级商业级0C+85C I工业级工业级 40C+100CXC2VP：表示：表示Virtex-ProPro系列，如果是系列，如果是XC2VPXXC2VPX则表示则表示Virtex Pro X系列系列2020表示具体的型号，主要涉及参数信息，如处理器，表示具体的型号，主要涉及参数信息，如处理器，MGTMGT（多吉比特收发器（多吉比特收发器)以及可编程逻辑资源等。以及可编程逻辑资源等。1.7 Xilinx器件管脚命名方法器件管脚命名方法XC2S50 -6 PG208C器件型号器件型号速度等级速度等级(-4,-5,-6)封装封装引脚数引脚数温度等级：温度等级：C商业级商业级0C+80C I工业级工业级 40C+100CXC2S：表示：表示Spartan-系列，系列，5050表示表示5 5万门万门1.7 Xilinx器件管脚命名方法器件管脚命名方法 XC2S50E-6 PG208C器件型号器件型号速度等级速度等级(-4,-5,-6)封装封装引脚数引脚数温度等级：温度等级：C商业级商业级0C+80C I工业级工业级 40C+100CXC2S50E：表示：表示5万门万门Spartan-EE系列系列Xilinx器件简介器件简介：VirtexTM系列系列FPGA包括包括Virtex、VirtexE、Virtex、Virtex Pro，以及最新推出的，以及最新推出的Virtex-Pro X几个子几个子系列的系列的FPGA，是，是Xilinx公司高端公司高端FPGA的统称。目前的统称。目前Virtex、VirtexE子系列的子系列的FPGA已经逐渐淡出市场，其已经逐渐淡出市场，其功能结构已经由高性价比的功能结构已经由高性价比的Spartan-和和Spartan-E所取代。所取代。实现了在蜂窝基站、高端网络与存储设备、广播视频实现了在蜂窝基站、高端网络与存储设备、广播视频以及测试和测量设备中的应用。以及测试和测量设备中的应用。Virtex Pro和和Virtex-Pro X据称是全球唯一能据称是全球唯一能提供集成提供集成PowerPC内置技术的内置技术的FPGA。p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日