第4章ALTERA的CPLD与FPGA器件08_09_27

ALTERA的CPLD与FPGA器件第四章一、Altera器件一般介绍二、MAX7000系列器件三、FLEX10K系列器件四、边界扫描测试一、Altera器件一般介绍1、Altera公司简介2、Altera器件系列简介3、Altera器件的用户I/O引脚和典型可用门4、Altera器件的命名方法5、Altera器件性能特点Altera公司简介‹1983年在美国成立，总部位于加州圣何塞。‹2006年销售额为12.9亿美元。‹2,600多名员工分布在19个国家中。‹在全球有14,000个客户单位。（NASDAQ：ALTR）设计工具高密度CMOS可编程逻辑器件知识产权可编程的解决方案ALTERA的全世界制造能力委托Sharp、TSMC、WaferTech代工生产Altera亚洲技术中心槟榔屿,马来西亚全球性的研究与开发欧洲技术中心HighWycombe,U.K.IC,SoftwareandIPDesign亚洲技术中心槟榔屿，马来西亚集成电路设计和测试工程62,000Sq.FootFacilitySupportsupto350Employees2、Altera器件系列简介注：除MAX系列为CPLD外，其余均为FPGA。Altera的PLDMAX系列ClassicMAX3000AMAX5000MAX7000MAX7000SMAX7000AMAX7000BMAX9000MAXⅡFLEX系列FLEX6000FLEX8000FLEX10KFLEX10KAFLEX10KBFLEX10KVFLEX10KEAPEX系列APEX20KAPEX20KEAPEXⅡACEX系列ACEX1KACEX2KCyclone系列CycloneCycloneⅡStratix系列StratixStratixGXStratixⅡAltera器件系列英文缩写Classic－AnAlteradevicefamilybasedonAltera’soriginalEPROM-basedEPLDarchitecture.APEX－AnAlteraembeddedprogrammablelogicdevicefamilybasedontheAdvancedProgrammableEmbeddedMatrix(APEXTM)architecture,whichintegrateslook-uptablelogic,product-termlogic,andmemory.先进的可编程单元阵列FLEX－FlexibleLogicElementMatriX：柔性(可更改)逻辑单元阵列MAX－MultipleArrayMatrix多阵列ACEX－AnAltera®devicefamilyofmid-density,look-up-table(LUT)-basedprogrammablelogicdevices(PLDs)thatofferthelowcostandhighperformanceneededforprice-sensitivecommunicationsapplications.2、Altera器件系列简介Altera公司目前提供了四大类十余个系列的CPLD产品:1、多阵列结构：MAX系列（MAX9000、MAX7000、MAX5000、MAX3000）Classic系列2、柔性(可更改)逻辑单元阵列结构：FLEX系列（FLEX10K、FLEX8000及FLEX6000）3、先进的可编程单元阵列结构：APEX系列(APEX20K)、ACEX系列(ACEX1K)。4、新一代SOPC器件：Stratix（层云）和Cyclone（飓风）2、Altera器件系列简介‹MAX系列－－基于乘积项的结构，CPLD，器件编程数据可永久保存。‹MAXII系列－－2004年推出的第二代低成本MAXCPLD产品，采用新的查找表结构，成本降低了一半，功耗只有MAX系列的1/10，性能是上一代的两倍多。‹FLEX系列－－基于查找表的结构，业界第一个在PLD中嵌入存储器块（EAB）的器件。‹APEX系列（支持SOPC）－－第一种采用多核结构的PLD（集ESB（EmbeddedSystemBlock)、查找表LUT、乘积项于一体，系统级芯片，集成度较高。2、Altera器件系列简介‹ACEX系列－－结构与FLEX10K系列器件类似，但工作电压更低（2.5V和1.8V），制作工艺更先进，功耗更低。‹Cyclone系列（支持SOPC）－－2002年推出低成本FPGACyclone，2004年推出Cyclone‹Stratix系列（支持SOPC）－－2002年推出高速度、高密度FPGAStratix，2004年推出StratixⅡ。Altera器件的性能对照表FLEX6000查找表连续式SRAM72~1281.6万~2.4万MAX9000乘积项连续式连续式连续式连续式连续式EEPROMEEPROMEEPROMEEPROMEEPROM乘积项乘积项乘积项乘积项MAX7000MAX5000MAX3000Classic52~21636~21228~10022~6836~2121万~1.8万600~1万600~3750600~5000300~900AlteraCPLD结构演变示图P72图4.2全局连线可编程连线阵列增强型可编程连线阵列FastTrack快速通道互连FastTrack快速通道互连ClassicMAX5000MAX3000MAX7000FLEX10KFLEX8000FLEX6000MAX9000APEX20K所有的Altera器件系列均采用CMOS工艺,其中一些系列经过不地改进,已采用了更为先进的工艺技术。下图归纳了Altera器件的结这些结构保证了器件在各种集成度下都能够保持高性能。3、Altera器件的用户I/O引脚和典型可用门器件系列用户I/O引脚可用门StratixGX最多589个10570~41250个LEStratixII最多1173个15600~179400个LECycloneII最多622个4608~68416个LEMAXII最多272个240~2210个LEStratix422~123410570~79040个LECyclone104~3012910~20060个LEAPEXII492~1140120万~630万APEX20K128~8083万~150万ACEX1K130~3331万~25万FLEX10K59~4701万~25万MAX700036~212600~2万MAX300044~208600~5,0001.FLEX系列EPF10K250FLEX10K系列，有250＊1000个可用逻辑门EPF6010FLEX6000系列，有10＊1000个可用逻辑门2.MAX系列EPM9320MAX9000系列，有320个可用宏单元EPM7032MAX7000系列，有32个宏单元EP610、EP910、EP1810Classic系列*EPM240MAXⅡ系列，有240个逻辑单元3.APEX系列EP20K1500APEX20K系列，有1500＊1000个可用逻辑门*EP2A90APEXII系列，约有90＊1000个LE可用门数，以K为单位4、Altera器件的命名方法可用门数，以K为单位宏单元数宏单元数逻辑单元数逻辑单元数4.ACEX系列EP1K30ACEX1K系列，有30＊1000个可用逻辑门-------------------------------------------------------------------------------*5.Cyclone系列EP1C20Cyclone系列，约有20＊1000个LEEP2C70CycloneⅡ系列，约有70＊1000个LE*6.Stratix系列EP1S80Stratix系列，约有80＊1000个LEEP2S180StratixⅡ系列，约有180＊1000个LE*7.StratixGX系列EP1SGX40GStratixGX系列，约有40＊1000个LE新产品的容量均用LE数来衡量！4、Altera器件的命名方法5、Altera器件性能特点Altera器件采用先进的CMOS技术，具有非常低的功耗和相当高的速度;‹采用连续式互连结构,在整个芯片内提供快速、连续的信号延时;‹对芯片内部电路的改进也增强了系统性能。（1）高性能‹Altera器件的集成度从300门到超过1000万门,可用来设计、集成现有的各种逻辑器件,包括中、小规模及大规模标准逻辑器件、MCU、CPU、DSP及各种接口电路，直至实现单片系统（SOC）。（2）高密度逻辑集成‹Altera的快速、直观、易于使用的QuartusⅡ和MAX+PLUSⅡ开发系统（软件）简单、易学，功能强大，能够有效的缩短用户的开发周期。‹使用QuartusⅡ或MAX+PLUSⅡ开发系统进行工程设计、编译处理、仿真校验以及对器件下载编程一般只需几分钟到几小时。（3）较短的开发周期用Altera器件设计1万门规模的逻辑系统所需要的典型时间。（4）高性能价格比‹Altera公司不断改进产品的开发与制造工艺,10多年积累的经验使其工艺技术及制造工艺达到业界领先,因此能够提供性价比合理的可编程逻辑器件。（5）丰富的优化宏函数为了进一步缩短设计周,Altera提供了MegaCore宏函数并支持AMPP（AlteraMegafunctionPartnersProgram）功能。‹宏函数具有高度的灵活性及固定功能器件所不能达到的性能,可用来实现如高速有限冲击响应（FIR）滤波器、总线协议（PCI总线）、DSP、图像处理、高速网络通讯（包括异步传输方式（ATM））、微处理器及标准外设接口电路等。‹作为复杂的系统级功能,Altera的宏函数是由预先验证过的硬件描述语言（HDL）设计的。（6）在系统可编程(ISP)¾Altera器件的在系统可编程性(ISP)提高了设计灵活性,简化了样品制做过程及流水线生产过程,并且可以对产品进行快速而有效的现场升级。¾Altera的ISP使用IEEE1149.1标准的JTAG测试端口,可以在一个独立的生产过程中对器件进行编程,并可以对在板（PCB板）器件进行功能测试。二、MAX7000系列器件1、概述2、AlteraMAX7000结构3、MAX7000器件特性设定1、概述主要有3个系列产品：MAX7000、MAX7000S、MAX7000EMAX7000主要特征MAX7000器件特性表MAX7000器件型号说明MAX7000系列器件封装形式MAX7000主要特征‹基于Altera的第二代MAX架构的CPLD器件。‹600～5,000可用门。‹32～256宏单元，每个宏单元可支持32个乘积项。‹E2PROM编程实现组合和时序逻辑函数，可编程擦除次数在100次以上。‹支持速度/功率优化设计，支持摆率优化设计。‹支持多电压工作，核心工作电压5V，I/O接口电压3.3V。‹通过MAX+PLUSII进行系统开发。MAX7000E/S系列器件特性‹6个由引脚或是由逻辑驱动的输出使能信号。‹2个可选为反相工作的全局时钟信号。‹增加了连线资源。从I/O引脚到宏单元寄存器的专用路径，提供很短的建立时间。‹输出电压摆率的编程控制。‹可编程保密位，全面保护专利设计。‹可编程触发器具有单独的清除、置位、时钟和时钟使能。MAX7000E系列是MAX7000产品中的高密度器件，它们增加了如下特性：MAX7000S除了具有MAX7000E的特性之外，还具有ISP、JATABST和集电极开路输出的特性。MAX7000器件特性表特性可用门宏单元用户可用引脚tPD(ns)fCNT(MHz)EPM7256S3,2001601046.0149.3EPM7160S3,7501921247.5125.0EPM7032S60032365.0175.4EPM7064S1,25064685.0175.4EPM7128S2,5001281006.0147.1EPM7192S5,0002561647.5128.2MAX7000S系列特