可编程逻辑器件概述

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第1章,可编程逻辑器件概述,1.1 可编程逻辑器件的发展历史,二极管、三极管,中小规模集成电路,专用集成电路,ASIC,可编程逻辑器件,PLD,(Programmable Logical Device,PLD),可编程只读存储器PROM,可编程逻辑阵列PLA,可编程阵列逻辑PAL,通用阵列逻辑 GAL,复杂可编程逻辑器件,（,Complex Programmable Logic Device，CPLD,）,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,低密度PLD,高密度PLD,1.2 可编程逻辑器件的主要生产公司,Altera,Xilinx,Lattice,Actel,常用的CPLD器件主要有：,classic，Max系列；,FPGA器件主要有：,Cyclone系列、Stratic系列,Arria系列及ACEX等,。,或,中文网站,1.2 可编程逻辑器件的主要生产公司,Altera,Xilinx,Lattice,Actel,网址,，,/products,SRAM FPGA的发明者,主要产品,高性能：VietexTM-5，,低成本：Spartan-3,1.2 可编程逻辑器件的主要生产公司,Altera,Xilinx,Lattice,Actel,反熔丝FPGA和Flash FPGA,技术与产品的开拓者,最早推出PLD的公司，,并于1991年率先推出,高密度在系统可编程,（ISP）逻辑器件，,扩展了CPLD的应用领域,1.3 FPGA/CPLD的主要应用领域,（一）,数据采集和接口逻辑领域,（1）,数据采集领域,（2）,逻辑接口领域的应用,（3）,电平接口领域,除了TTL、CMOS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，,比如，ISA、PCI、PCI Express、PS/2、USB等,对于高速的A/D和D/A转换芯片，比如视频Decoder,或者Encoder，不能与通用的MCU或者DSP直接接口,（二）,高性能数字信号处理领域,（三）,其它应用领域,例如高清视频编码算法H.264，采用TI公司1GHz,主频的DSP芯片需要4颗，而采用Altera的Stratix,EP2S130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/车用PC机、,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,（3）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，,（4）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。,（5）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,VHDL、Verilog,1.5 Altera 的CPLD/FPGA编程及配置,JTAG：,主动（AS）配置方式,被动（PS）配置方式,使用IEEE Std 1149.1 JTAG引脚来完成配置.,由FPGA主动输出控制和同步信号给Altera,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,可以是Altera的配置芯片，或是单板上智能设备，,如微处理器、CPLD等。,表一 Altera FPGA 系列器件的配置方式,配置方式,器件系列,Stratix,Stratix,Stratix GX,Cyclone,Cyclone,APEX,APEX,20K,APEX,20KE,APEX,20KC,Mercury,ACEX,FLEX,10K,FLEX,10KE,FLEX,10KA,FLEX,6000,PS,AS,FPP,PPS,PPA,PSA,JTAG,PS,（被动串行），PSA（被动串行异步），PPS（被动并行同步）,PPA（被动并行异步），FPP（快速被动并行）,配置芯片,当FPGA正常工作时，其配置数据存储在SRAM,中，而SRAM有易失性，故每次加电配置数据都必须,重新载入。Altera为设计者提供了一系列配置器件来,存储配置数据。,普通型,配置器件：容量较小,增强型,配置器件:容量较大,AS串行配置器件,EPC1441(0.4M)、EPC1(1M)和EPC2(1.6M)，,前两者不可擦写,EPC4(4M)、EPC8和EPC16,EPCS1（1Mbit)、EPCS4、EPCS16和EPCS64,FPGA下载电缆,DB25,74LS244,采用压缩后的字节进行配置，,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,Arria II GX Devices,1.7 Xilinx器件管脚命名方法,XC2V1000-5FG456C,器件型号,速度等级,(-4,-5,-6),封装,引脚数,温度等级：C商业级0C+85C,I工业级 40C+100C,XC2V：表示Virtex-,系列，1000表示100万门,1.7 Xilinx器件管脚命名方法,XC2VP20-7FF896C,器件型号,速度等级,(-4,-5,-6),封装,引脚数,温度等级：C商业级0C+85C,I工业级 40C+100C,XC2VP：表示Virtex-,Pro系列，如果是XC2VPX则表示,Virtex Pro X系列,20表示具体的型号，主要涉及参数信息，如处理器，,MGT（多吉比特收发器)以及可编程逻辑资源等。,1.7 Xilinx器件管脚命名方法,XC2S50 -6 PG208C,器件型号,速度等级,(-4,-5,-6),封装,引脚数,温度等级：C商业级0C+80C,I工业级 40C+100C,XC2S：表示Spartan-,系列，50表示5万门,1.7 Xilinx器件管脚命名方法,XC2S50E-6 PG208C,器件型号,速度等级,(-4,-5,-6),封装,引脚数,温度等级：C商业级0C+80C,I工业级 40C+100C,XC2S50E：表示5万门Spartan-,E系列,Xilinx器件简介,：,Virtex,TM,系列FPGA包括Virtex、VirtexE、Virtex,、,Virtex Pro，以及最新推出的Virtex-Pro X几个子,系列的FPGA，是Xilinx公司高端FPGA的统称。目前,Virtex、VirtexE子系列的FPGA已经逐渐淡出市场，其,功能结构已经由高性价比的Spartan-和Spartan-E,所取代。,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。,Virtex Pro和Virtex-Pro X据称是全球唯一能,提供集成PowerPC内置技术的FPGA。,Xilinx器件简介,：,Spartan,TM,系列FPGA包括Spartan、Spartan XL、,Spartan,、,Spartan E，以及Spartan,几个,子系列的FPGA，目前5V（内核电压）Spartan与Xilinx,早期FPGA产品XC3000、XC4000系列一样已经淡出市场，,而3.3V Spartan XL子系列也较少在成本要求严格的场合,应用。,SpartanTM系列FPGA是Xilinx公司针对消费电子产品,和工业应用领域而设计的，以大众化的低廉价格提供给,用户良好的性能、大量逻辑资源和丰富的特性设置。,