3可编程逻辑器件和VHDL设计技术(三)

可编程逻辑器件和VHDL设计技术（三）北京理工大学雷达技术研究所陈禾反熔丝的多路开关类型FPGA•FPGA主要有两类逻辑功能块的构造：–SRAM查找表类型•SRAM—查找表类型FPGA允许器件被制造以后再被加载和修改，因此具有可再编程和系统内再编程(ISP)的性能，但是，由于决定器件逻辑功能和互连关系的配置程序是存储在静态存储器中的，掉电时静态存储器的内容会丢失，因此每次加电时要把配置程序加载进芯片中。–反熔丝的多路开关类型•Actel的ACT系列和Quicklogic的pASIC系列FPGA属于反熔丝的多路开关类型，由于反熔丝是一种双端非丢失的一次性可编程元件，所以这类器件是一次性可编程和非丢失性的FPGA。SRAM查找表类型反熔丝的多路开关类型FPGA反熔丝的多路开关类型FPGA•在Actel的多路开关型结构中，基本单元是基于一个多路开关的积木块。利用多路开关的特性，在多路开关的每个输入接到固定电平或输入信号时，可实现不同的逻辑功能，例如，具有选择输入s和输入a和b的二到一多路开关，输出为。当置b为逻辑零时，多路开关实现与的功能；当a逻辑1时，多路开关实现或的功能：。大量的多路开关和逻辑门连接起来，可以构成实现大量函数的逻辑块。bssaf+=bsf+=反熔丝的多路开关类型FPGA反熔丝的多路开关类型FPGA反熔丝的多路开关类型FPGA•QuickLogic的FPGA逻辑单元由两个六输入与门、四个两输入与门、六个二选一多路选择器和一个具有异步置位及复位的D触发器组成。•逻辑单元有包含寄存器控制线在内的29个扇入，并适合高达16个同时输入的宽范围的函数，这样高的逻辑容量和扇入具有用单级逻辑延时满足许多用户需要的功能。•D触发器可以配置。•宽的门容量、一个内部寄存器和构成附加寄存器的能力相结合使得逻辑单元实际上适合于高速状态机、移位寄存器、编码器、译码器、判优的及算术的逻辑和各种计数器等的设计。Altera产品介绍•开发软件–MAX+PLUSII普遍认为MaxplusII曾经是昀优秀的PLD开发平台之一，适合开发中小规模PLD/FPGA,目前已经由QuartusII替代–QuartusII新一代FPGA/PLD开发软件，适合新器件和大规模FPGA的开发，将逐步取代MaxplusII。–HDL综合工具:Altera公司为MaxplusII的用户开发了MaxplusIIAdvanceSynthsis这样一个工具，安装后可以直接使用，是MaxplusII的一个插件，用这个插件进行语言综合，比直接使用MaxplusII综合的效果好。QuartusII内部已经集成了一个非常好的综合器，效果大大优于MaxplusII–SOPCBuilder:配合QuartusII，可以完成集成CPU的FPGA芯片的开发工作–DSPBuilder:QuartusII与Mathlab的接口，利用IP核在Mathlab中快速完成数字信号处理的仿真和昀终FPGA实现Altera产品介绍•芯片介绍：–MAX7000S/AE，MAX3000A：5v/3.3vEEPOM工艺PLD，是ALTERA公司销量昀大的产品，从32个到1024个宏单元。MAX3000A是Altera公司99年推出的3.3v低价格EEPOM工艺PLD,从32个到512个宏单元,结构与MAX7000基本一样,目前应用较多。Altera产品介绍–FLEX10KE/ACEX1K•FLEX10KE是98推出的2.5vSRAM工艺PLD(FPGA),从3万门到25万门，主要有10K30E,10K50E,10K100E,带嵌入式存储块(EAB)较早期的型号还有FLEX10K(5V),FLEX10KA(3.3v),5v的10K和3.3v的10KA已基本不推广，10KE目前也已使用较少，逐渐被Cyclone取代。ACEX1K是2000年推出的2.5v低价格SRAM工艺PLD(FPGA),结构与10KE类似,带嵌入式存储块(EAB),部分型号带PLL，主要有1K10,1K30,1K50,1K100。Altera产品介绍–FLEX60005v/3.3vSRAM工艺,较低价格的CPLD(FPGA),结构与10K类似，但不带嵌入式存储块，目前已使用较少，逐渐被ACEX1K和Cyclone取代–APEX20K/20KE99年推出的大规模2.5v/1.8vSRAM工艺CPLD(FPGA）,带PLL,CAM,EAB,LVDS,从3万门到150万门，目前逐渐被Stratix和Cyclone取代–APEXIIAPEX的高密度SRAM工艺的FPGA,规模超过APEX，支持LVDS,PLL,CAM,用于高密度设计，目前使用渐少，主要转向Stratix器件Altera产品介绍–Stratix：altera昀新一代SRAM工艺大规模FPGA,集成硬件乘加器,芯片内部结构比Altera以前的产品有很大变化，是Altera的主流产品–Cyclone（飓风）：Altera昀新一代SRAM工艺中等规模FPGA，与Stratix结构类似，是一种低成本FPGA系列，是目前主流产品，其配置芯片也改用新的产品–Excalibur片内集成CPU（ARM922T）的PLD/FPGA产品，使用不多，主要用于ASIC验证和科研Altera产品介绍–StratixGX:Mercury的下一代产品，基于Stratix器件的架构，集成3.125G高速传输接口，用于高性能高速系统设计。主流产品。–配置EEPROM用于配置SRAM工艺FPGA的EEPROM，EPC2以上的芯片可以用电缆多次擦写–NoisII软处理器：verilog编写的一个32位/16位可编程CPU核，可以集成到各种FPGA中，Altera提供开发软件用于软件和硬件开发Altera产品介绍-新产品Altera产品介绍-新产品Altera产品介绍-新产品Xilinx产品介绍•开发软件–ISE：Xilinx公司昀新的集成开发的工具–Foundation:Xilinx公司早期的开发工具，逐步被ISE取代–ISEWebpack：Webpack是xilinx提供的免费开发软件，功能比ISE少一些，可以从xilinx网站下载–WebFitter：一个免费的在线开发工具，无需安装，可以开发小规模CPLD–ChipScope：在线逻辑分析仪–XilinxIP核Xilinx产品介绍Xilinx产品介绍Xilinx产品介绍Xilinx产品介绍Xilinx产品介绍Xilinx产品介绍Xilinx产品介绍Xilinx产品介绍-新产品Xilinx产品介绍-新产品Xilinx产品介绍-新产品两大FPGA供应商走向不同的道路•过去，FPGA一直是一种近乎标准化的产品，但自从HardCopy器件问世以来，领先的两大PLD供应商Xilinx和Altera在战略和技术上就开始出现分化的苗头，而随着90nm时代的来临，两家公司的差异日益加剧。为了满足用户不断变化的需求，两家公司都在着手改进器件的结构，但采用的方法并不相同。两大FPGA供应商走向不同的道路•Altera正试图通过革新基础构建模块，创造更高性能的FPGA。–今年初，该公司宣布，它将采用输入数可变的自适应逻辑模块(ALM)构建其Stratix-II系列高端FPGA产品，这颠覆了四输入查找表(LUT)是FPGA昀佳选择的传统观念。允许输入数变化将使FPGA具有更大的灵活性，而且输入变多意味着可以降低互连要求，并提升性能。不过，ALM针对的是高性能的高端FPGA，该公司低成本的90nmFPGA不一定会采用ALM的方法。据透露，Altera将在年内推出采用90nm工艺制造的Cyclone-II系列低端FPGA产品。两大FPGA供应商走向不同的道路•Xilinx推出面向应用的组合模块架构(ASMBL)，试图针对特定应用打造专用FPGA。–ASMBL将功能模块分割成可互换的列，而不再是栅格上的方块。“它是一种新型架构框架和设计方法，也是未来平台FPGA的基础。”Xilinx产品技术副总裁汤立人表示，“它允许我们迅速经济地开发出多种面向特定领域、具有昀佳功能组合的平台。”他举例说，这些特定领域包括以逻辑为中心的领域、以处理为中心的领域以及其它领域。赛灵思计划基于这种新架构创建未来的平台FPGA。定于2004年推出的下一代Virtex系列90nm器件将是第一个采用新架构的FPGA系列。两大FPGA供应商走向不同的道路•开发专用FPGA表明，Xilinx正致力于扩大FPGA的应用领域，并进一步蚕食传统的ASIC市场。–但对于Xilinx的专用FPGA概念，Altera并不认同。他承认专用FPGA是一个好的想法，但认为“定制FPGA不是一件很现实的事。”从产品的发展规划来看，Altera坚持FPGA是一种标准化器件。–同样Altera正在大力发展HardCopy业务。该公司已经推出第二代HardCopy器件HardCopy-Stratix,相比第一代的HardCopy-APEX，其改进之处在于可以在器件上完成时序分析。此外，该公司预计在2005年中期推出针对Stratix-II的HardCopy器件。两大FPGA供应商走向不同的道路•尽管存在上述分歧和差异，但两家公司也有共同点，他们都在向90nm工艺挺进，并认为这将给客户带来更大的利益。–开发90nm器件需要的EDA工具和NRE费用高主要适合于高密度、高性能和大批量的IC。–PLD供应商推出的FPGA使负担不起风险和高昂费用的公司可以享受到90nm工艺带来的好处。–90nm制造技术降低成本。设计人员可以把FPGA而不是传统的定制器件用于更多成本敏感的批量产品中。两大FPGA供应商走向不同的道路•随着两大PLD供应商在FPGA发展战略和开发技术上出现分化，客户将拥有更多选择，而不仅是只有高低端两种系列产品可供挑选。在未来，Xilinx将通过专用FPGA将产品线一一细化，而Altera除了提供更高性能和更低价格的器件外，还将通过HardCopy帮助客户进一步降低成本。所有这些举措都将受到用户、尤其是消费电子开发商的欢迎，从而使FPGA抢占更多的ASIC市场。思考题•试比较FPGA和CPLD的区别。•CPLD和FPGA的结构特点。•CPLD和FPGA的可编程原理。参考文献•可编程ASIC设计及应用李广军孟宪元编著电子科技大学出版社••