第二章 PLD硬件特性

LOGO第二章PLD硬件特性与编程技术LOGO2主要内容PLD概述与分类PLD工作原理FPGA工作原理硬件测试技术CPLD/FPGA的编程与配置LOGO3PLD概述与分类（什么是PLD？）ProgrammableLogicDevices（可编程逻辑器件）设计一个数字电路系统，最终都可用“与-或”表达式表示该系统的电路结构基本PLD器件的原理结构图LOGO4PLD分类按集成度分按内部结构分按工艺分简单PLD：PROM、PLA、PAL、GAL复杂PLD:CPLD、FPGA乘积项结构器件：大部分PLD和CPLD查找表结构器件：大部分FPGA熔丝：一次编程反熔丝：一次编程EPROM：紫外线擦除，多次编程EEPROM：电擦写多次编程SRAM：查找表结构，多次编程，掉电丢失FLASH：多次编程，掉电不丢失LOGO5PLD编程原理及其结构发展电路符号LOGO6LOGO7PROMLOGO8PLD的编程阵列及缺点缺点：与阵列固定，全译码器在输入变量增多时，工作效率低下。不存在寄存器单元，只能完成组合逻辑电路LOGO9PLA的结构及其对PLD的改进对PLD的改进：与或阵列均可编程，利用率提高新的不足：与或阵列均可编程，造成编程算法的复杂依然没有解决的不足：不能实现时序逻辑LOGO10PAL的结构及其对PLA的改进对PLA的改进：1、与阵列可编程，或阵列不可编程，效率提高，算法简单。2、在逻辑阵列后加入了存储单元电路，能够实现时序逻辑电路。LOGO11LOGO12GAL（主要是在PLD工艺上的改进）在工艺上的改进：PROMPLA采用熔丝型工艺，一次可编程PALGAL采用EEPROM工艺，可多次编程在结构上的改进：对I/O接口做了改进，实现多种输入输出逻辑LOGO13CPLD的结构和工作原理CPLD内部结构：LAB（逻辑阵列块）实现基本的逻辑功能PIA（可编程连线）编程连线和信号传递I/O控制模块输入输出控制LOGO14LAB内部结构一个LAB由16个宏单元组成每个宏单元相当于一个简单的PLD器件，包括3个功能模块：逻辑阵列：相当于与阵列，产生乘积项乘积项选择矩阵：相当于或阵列，选择相应的乘积项到或门或异或门可编程寄存器：用以实现时序逻辑电路LOGO15FPGA的结构和工作原理（查找表结构）LAB、I/O块、RAM块可编程行/列连线一个LAB包括8个逻辑单元（LE）LE是实现逻辑的最基本结构LOGO16LE的内部结构LOGO17LE的内部结构每个LE包括一个LUT（LookUpTable），一个触发器和相关的相关逻辑。LUT结构和原理：RAM中事先写好了所有可能的逻辑对应的输出结果四个输入作为地址连线到LUT，通过地址查找相应的结果数据输出LOGO18查找表结构查找表结构中，在FPGA器件中下载电路结构时，存放的不是电路的结构图，而是通过电路的结构图，生成的一个输入输出逻辑对应表。LOGO19A0000000011111111B0000111100001111C0011001100110011D0101010101010101Y0000001000100010LOGO20多输出的处理办法将一个4输入1输出的查找表分为两个3输入1输出的表格来存放。LOGO21CPLD与FPGA的不同基于SRAM结构，集成度高内嵌Memory，DSP，更适合时序电路FPGA延时不可测编程更灵活功耗小基于EEPROM工艺，集成度低更适合各种算法和组合逻辑电路CPLD延时可测速度更快保密性好LOGO22硬件测试技术JTAG边界扫描测试：主要用于测试外部引脚连线，也可以捕获内部信号内部逻辑测试：可测性设计（DesignForTest，DFT）主要用于芯片内部逻辑测试（内部寄存器）硬件测试LOGO23CPLD/FPGA编程与配置什么是编程配置？将已经设计好的硬件电路的网表文件通过编程器或编程电缆下载到CPLD/FGPA器件中，形成真正的硬件电路的过程编程配置的方法：JTAG方式的在系统编程（CPLD）使用PC并行口配置FPGA（FPGA）LOGO24FPGA/CPLD产品概述生产FPGA/CPLD的公司主要有：LatticeXilinxAlteraActelLOGO25Lattice最早推出PLD的公司，发明了ISP技术以中小规模PLD为特色开发工具略逊一筹主要产品：ispMACH4000系列CPLDEC,EP系列FPGALOGO26XilinxFPGA发明者，最大的提供商之一与Altera公司匹敌，共同占据了可编程逻辑器件60%以上的市场以欧美用户居多主要产品：Virtex-4系列FPGASpartanII&Spartan-3&Spartan3E系列FPGAXC9500&C9500XL系列CPLDLOGO27Altera著名PLD生产商，占据行业领先地位高性价比，高集成度，强大的开发工具，丰富的IP，在九十年代后迅速崛起的商家以日本和亚太用户居多主要产品：StratixII系列FPGAACEX系列FPGAMAX，MAXII系列CPLDCyclone，CycloneII系列FPGALOGO28Actel反熔丝（一次性烧写）PLD的领导者反熔丝PLD抗辐射，耐高低温，功耗低，速度快产品多用于军品和宇航领域上。LOGO