VHDL语言 第2章 PLD硬件特性与编程技术.pdf

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1、EDAEDA技术与技术与技术与技术与VHDLVHDL第2章第2章PLDPLDPLDPLD硬件特性与编程技术硬件特性与编程技术硬件特性与编程技术硬件特性与编程技术K KX康芯科技康芯科技K KX康芯科技康芯科技2.1 PLD 概述2.1 PLD 概述图图2-1 基本基本PLD器件的原理结构图器件的原理结构图输入缓冲电路与阵列或阵列输出缓冲电路输入输出K KX康芯科技康芯科技2.1.1 PLD的发展历程2.1.1 PLD的发展历程熔丝编程的熔丝编程的PROM和和PLA器件器件AMD公司推出公司推出PAL器件器件GAL器件器件FPGA器件器件EPLD器件器件CPLD器件器件内嵌复杂功能模块的内嵌复杂

2、功能模块的SoPC20世纪世纪70年代年代20世纪世纪70年代末年代末20世纪世纪80年代初年代初20世纪世纪80年代中期年代中期20世纪世纪80年代末年代末进入进入20世纪世纪90年代后年代后2.1 PLD 概述概述K KX康芯科技康芯科技2.1.2 PLD的分类2.1.2 PLD的分类 可编程逻辑器件（PLD）简单 PLD 复杂 PLD PROMPALPLAGAL CPLD FPGA 图图2-2 按集成度按集成度(PLD)分类分类2.1 PLD 概述概述K KX康芯科技康芯科技2.1.2 PLD的分类2.1.2 PLD的分类1熔丝熔丝(Fuse)型器件。型器件。2反熔丝反熔丝(Anti-f

3、use)型器件。型器件。3EPROM型。称为紫外线擦除电可编程逻辑器件。型。称为紫外线擦除电可编程逻辑器件。4EEPROM型。型。5SRAM型。型。6Flash型。型。2.1 PLD 概述概述从编程工艺上划分:从编程工艺上划分:K KX康芯科技康芯科技2.2 低密度PLD可编程原理2.2 低密度PLD可编程原理2.2.1 电路符号表示2.2.1 电路符号表示图图2-3 常用逻辑门符号与现有国标符号的对照常用逻辑门符号与现有国标符号的对照K KX康芯科技康芯科技2.2.1 电路符号表示2.2.1 电路符号表示图图2-4 PLD的互补缓冲器图的互补缓冲器图2-5 PLD的互补输入图的互补输入图2-

4、6 PLD中与阵列表示中与阵列表示图图2-7 PLD中或阵列的表示图中或阵列的表示图2-8 阵列线连接表示阵列线连接表示K KX康芯科技康芯科技2.2.2 PROM 2.2.2 PROM 图图2-9 PROM基本结构基本结构地址译码器存储单元阵列0A1A1nA0W1W1pW0F1F1mFnp2=2.2 低密度PLD可编程原理2.2 低密度PLD可编程原理K KX康芯科技康芯科技2.2.2 PROM 2.2.2 PROM 与阵列（不可编程）或阵列（可编程）0A1A1nA0W1W1pW0F1F1mFnp2=图图2-10 PROM的逻辑阵列结构的逻辑阵列结构2.2 低密度PLD可编程原理2.2 低密

5、度PLD可编程原理K KX康芯科技康芯科技2.2.2 PROM 2.2.2 PROM 图图2-11 PROM表达的表达的PLD阵列图阵列图与阵列（固定）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0F1010AACAAS=2.2 低密度PLD可编程原理2.2 低密度PLD可编程原理K KX康芯科技康芯科技2.2.2 PROM 2.2.2 PROM 图图2-12 用用PROM完成半加器逻辑阵列完成半加器逻辑阵列01110100AAFAAAAF=+=与阵列（固定）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0F2.2 低密度PLD可编程原理2.2 低密度PLD可编程原理K KX康芯科技康芯科技2.

6、2.3 PLA 2.2.3 PLA 图图2-13 PLA逻辑阵列示意图逻辑阵列示意图与阵列（可编程）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0F2.2 低密度PLD可编程原理2.2 低密度PLD可编程原理K KX康芯科技康芯科技2.2.3 PLA 2.2.3 PLA 图图2-14 PLA与与 PROM的比较的比较0A1A1F0F2A2F0A1A1F0F2A2F2.2 低密度PLD可编程原理2.2 低密度PLD可编程原理K KX康芯科技康芯科技2.2.4 PAL 2.2.4 PAL 图图2-15 PAL结构图结构图2-16 PAL的常用表示的常用表示0A1A1F0F0A1A1F0F2.2 低

7、密度PLD可编程原理2.2 低密度PLD可编程原理K KX康芯科技康芯科技2.2.5 GAL 2.2.5 GAL 2.2 低密度PLD可编程原理2.2 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(Output Macro Cell)。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

8、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(Output Macro Cell)。K KX康芯科技康芯科技图图2-19 MAX7128S的结构的结构1逻辑阵列块(LAB)1逻辑阵列块(LAB)2.3 CPLD的结构与可编程原理2.3 CPLD的结构与可编程原理K KX康芯科技康芯科技2宏单元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全局时钟信号全局时钟信号由高电平有

9、效的时钟信号使能用乘积项实现一个阵列时钟2.3 CPLD的结构与可编程原理2.3 CPLD的结构与可编程原理逻辑阵列逻辑阵列MAX7000系列中的宏单元MAX7000系列中的宏单元乘积项选择矩阵乘积项选择矩阵可编程寄存器可编程寄存器K KX康芯科技康芯科技2.3 CPLD的结构与可编程原理2.3 CPLD的结构与可编程原理图图2-18 MAX7000系列的单个宏单元结构系列的单个宏单元结构K KX康芯科技康芯科技4可编程连线阵列(PIA)4可编程连线阵列(PIA)图图2-22 PIA信号布线到信号布线到LAB的方式的方式2.3 CPLD的结构与可编程原理2.3 CPLD的结构与可编程原理K K

10、X康芯科技康芯科技2.4.1 查找表逻辑结构2.4.1 查找表逻辑结构图图2-24 FPGA查找表单元查找表单元查找表LUT输入1输入2输入3输入4输出2.4 FPGA的结构与工作原理2.4 FPGA的结构与工作原理K KX康芯科技康芯科技2.6 FPGA/CPLD产品概述2.6 FPGA/CPLD产品概述2.6.1 Lattice公司CPLD器件系列2.6.2 Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列2.6.1 Lattice公司CPLD器件系列2.6.2 Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列1.Virtex-4系列系列FPGA 2.Spartan&Spartan-3&Spart

11、an 3E器件系器件系3.XC9500&XC9500XL系列系列CPLD4.Xilinx FPGA配置器件配置器件SPROM K KX康芯科技康芯科技2.6 FPGA/CPLD产品概述2.6 FPGA/CPLD产品概述2.6.3 Altera公司FPGA和CPLD器件系列2.6.3 Altera公司FPGA和CPLD器件系列1.Stratix II 系列系列FPGA 2.ACEX系列系列FPGA 3.MAX系列系列CPLD 4.Cyclone系列系列FPGA低成本低成本FPGA 5.Cyclone II系列系列FPGA 6.MAX II系列器件系列器件7.Altera宏功能块及宏功能块及IP核核