EDA技术与Verilog设计 第2章

第2章PLD器件2020/1/20教材配套课件22.1概述2.2PLD的分类2.3PLD的基本原理与结构2.4低密度PLD的原理与结构2.5CPLD的原理与结构2.6FPGA的原理与结构2.7PLD器件的编程元件2.8边界扫描测试技术2.9在系统编程2.10FPGA/CPLD器件概述内容第2章PLD器件2020/1/20教材配套课件32.1概论PLD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SoPC2020/1/20教材配套课件4◆1985年，美国Xilinx公司推出了现场可编程门阵列（FPGA，FieldProgrammableGateArray）◆CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice），即复杂可编程逻辑器件，是从EPLD改进而来的。PLD的发展2020/1/20教材配套课件5PLD的集成度分类可编程逻辑器件（PLD）简单PLD复杂PLDPROMPALPLAGALCPLDFPGA一般将GAL22V10（500门~750门）作为简单PLD和高密度PLD的分水岭2.2PLD的分类2020/1/20教材配套课件6四种SPLD器件的区别2020/1/20教材配套课件7PLD器件按照可以编程的次数可以分为两类：(1)一次性编程器件（OTP，OneTimeProgrammable）(2)可多次编程器件OTP类器件的特点是：只允许对器件编程一次，不能修改，而可多次编程器件则允许对器件多次编程，适合于在科研开发中使用。按编程特点分类2020/1/20教材配套课件8(1)熔丝（Fuse）(2)反熔丝（Antifuse）编程元件(3)紫外线擦除、电可编程，如EPROM。(4)电擦除、电可编程方式，(EEPROM、快闪存储器（FlashMemory）），如多数CPLD(5)静态存储器（SRAM）结构，如多数FPGA按编程元件和编程工艺划分非易失性器件易失性器件2020/1/20教材配套课件9输入缓冲电路与阵列或阵列输出缓冲电路输入输出……PLD器件的原理结构图2.3PLD的基本原理与结构2020/1/20教材配套课件10数字电路符号表示常用逻辑门符号与现有国标符号的对照2020/1/20教材配套课件11PLD电路符号表示与门、或门的表示2020/1/20教材配套课件12PLD连接表示法（a）固定连接（b）可编程连接（c）未连接2020/1/20教材配套课件132.4低密度PLD的原理与结构PROM与阵列（不可编程）或阵列（可编程）………0A1A1nA0W1W1pW0F1F1mFnp2PROM的逻辑阵列结构2020/1/20教材配套课件14PROMPROM表达的PLD阵列图与阵列（固定）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0F1010AACAAS2020/1/20教材配套课件15PROM用PROM完成半加器逻辑阵列01110100AAFAAAAF与阵列（固定）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0F2020/1/20教材配套课件16PLAPLA逻辑阵列示意图与阵列（可编程）或阵列（可编程）0A1A1A1A0A0A1F0F2020/1/20教材配套课件17PLAPLA与PROM的比较0A1A1F0F2A2F0A1A1F0F2A2F2020/1/20教材配套课件18PALPAL结构PAL的常用表示0A1A1F0F0A1A1F0F2020/1/20教材配套课件19PALPAL22V10部分结构图2020/1/20教材配套课件20GALGAL22V10的结构（局部）2020/1/20教材配套课件21GAL22V10的OLMC结构2020/1/20教材配套课件22CPLD器件的结构2.5CPLD的原理与结构2020/1/20教材配套课件23典型CPLD器件的结构MAX7000S器件的内部结构2020/1/20教材配套课件24MAX7000S器件的宏单元结构2020/1/20教材配套课件25查找表结构4输入LUT及内部结构图2.6FPGA的原理与结构2020/1/20教材配套课件26FPGA器件的内部结构示意图2020/1/20教材配套课件27典型FPGA的结构XC4000器件的CLB结构2020/1/20教材配套课件28Cyclone器件的LE结构（普通模式）典型FPGA的结构2020/1/20教材配套课件291．熔丝(Fuse)型器件2．反熔丝(Anti-fuse)型器件3．EPROM型，紫外线擦除电可编程4．EEPROM型6．SRAM型5．Flash型2.7PLD器件的编程元件2020/1/20教材配套课件30边界扫描电路结构为了解决超大规模集成电路（VLSI）的测试问题，自1986年开始，IC领域的专家成立了“联合测试行动组”（JTAG，JointTestActionGroup），并制定出了IEEE1149.1边界扫描测试（BST，BoundaryScanTest）技术规范2.8边界扫描测试技术2020/1/20教材配套课件31引脚描述功能TDI测试数据输入(TestDataInput)测试指令和编程数据的串行输入引脚。数据在TCK的上升沿移入。TDO测试数据输出(TestDataOutput)测试指令和编程数据的串行输出引脚，数据在TCK的下降沿移出。如果数据没有被移出时，该引脚处于高阻态。TMS测试模式选择(TestModeSelect)控制信号输入引脚，负责TAP控制器的转换。TMS必须在TCK的上升沿到来之前稳定。TCK测试时钟输入(TestClockInput)时钟输入到BST电路，一些操作发生在上升沿，而另一些发生在下降沿。TRST测试复位输入(TestResetInput)低电平有效，异步复位边界扫描电路(在IEEE规范中，该引脚可选)。边界扫描IO引脚功能2020/1/20教材配套课件32边界扫描数据移位方式2020/1/20教材配套课件33未编程前先焊接安装减少对器件的触摸和损伤不计较器件的封装形式系统内编程--ISP样机制造方便支持生产和测试流程中的修改在系统现场重编程修改允许现场硬件升级迅速方便地提升功能ISP功能提高设计和应用的灵活性2.9在系统编程2020/1/20教材配套课件34下载接口引脚信号名称引脚12345678910PS模式DCKGNDCONF_DONEVCCnCONFIG-nSTATUS-DATA0GNDJATG模式TCKGNDTDOVCCTMS---TDIGNDUSB-Blaster下载电缆2020/1/20教材配套课件35Lattice公司CPLD器件系列1.ispLSI器件的结构与特点（1）采用UltraMOS工艺。（2）系统可编程功能，所有的ispLSI器件均支持ISP功能。（3）边界扫描测试功能。（4）加密功能。（5）短路保护功能。2.10FPGA/CPLD器件概述2020/1/20教材配套课件36Lattice公司CPLD器件系列2.ispMACH4000系列3.LatticeEC&ECP系列ispMACH4000系列CPLD器件有3.3V、2.5V和1.8V三种供电电压，分别属于ispMACH4000V、ispMACH4000B和ispMACH4000C器件系列。2020/1/20教材配套课件37Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列1.Virtex-4系列FPGA2.SpartanⅡ&Spartan-3&Spartan3E器件系列3.XC9500&XC9500XL系列CPLD4.XilinxFPGA配置器件SPROM5.Xilinx的IP核2020/1/20教材配套课件38Altera公司FPGA和CPLD器件系列1.StratixII系列FPGA2.Stratix系列FPGA3.ACEX系列FPGA4.FLEX系列FPGA5.MAX系列CPLD6.Cyclone系列FPGA低成本FPGA7.CycloneII系列FPGA8.MAXII系列器件9.Altera宏功能块及IP核2020/1/20教材配套课件39习题2-1PLA和PAL在结构上有什么区别？2-2说明GAL的OLMC有什么特点，它怎样实现可编程组合电路和时序电路？2-3简述基于乘积项的可编程逻辑器件的结构特点？2-4基于查找表的可编程逻辑结构的原理是什么？2-5基于乘积项和基于查找表的结构各有什么优缺点？2-6CPLD和FPGA在结构上有什么明显的区别，各有什么特点？2-7FPGA器件中的存储器块有何作用？