数字系统设计与Verilog第2章课件.ppt
第2章 FPGA/CPLD器件,2.1 PLD器件概述2.2 PLD的基本原理与结构2.3 低密度PLD的原理与结构2.4 CPLD的原理与结构2.5 FPGA的原理与结构2.6 FPGA/CPLD的编程元件2.7 边界扫描测试技术2.8 FPGA/CPLD的编程与配置2.9 FPGA/CPLD器件概述2.10 FPGA/CPLD的发展趋势,内容,第2章 FPGA/CPLD器件,2.1 PLD器件概述,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SoPC,1985年，美国Xilinx公司推出了现场可编程门阵列（FPGA，Field Programmable Gate Array）CPLD（Complex Programmable Logic Device），即复杂可编程逻辑器件，是从EPLD改进而来的。,PLD的发展,PLD的集成度分类,一般将GAL22V10（500门750门）作为简单PLD和高密度PLD的分水岭,四种SPLD器件的区别,PLD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，One Time Programmable）(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,(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（Flash Memory），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分类,非易失性器件,易失性器件,PLD器件的原理结构图,2.2 PLD的基本原理与结构,数字电路符号表示,数字逻辑电路的两种国标符号对照,PLD电路符号表示,PLD的输入缓冲电路,PLD与阵列表示,PLD或阵列表示,PLD连接表示法,2.3 低密度PLD的原理与结构,PROM,PROM的逻辑阵列结构,PROM,PROM表达的PLD阵列图,PROM,用PROM完成半加器逻辑阵列,PLA,PLA逻辑阵列示意图,PAL,PAL结构 PAL的常用表示,PAL,PAL22V10部分结构图,GAL,GAL22V10的结构（局部）,GAL22V10的OLMC结构,CPLD器件的结构,2.4 CPLD的原理与结构,CPLD器件宏单元内部结构示意图,典型CPLD器件的结构,MAX 7000S器件的内部结构,MAX 7000S器件的宏单元结构,MispLSI 1032器件的GLB的结构,XC9500器件的宏单元结构,2.5 FPGA的原理与结构,查找表结构,查找表原理,查找表结构,4输入LUT及内部结构图,FPGA器件的内部结构示意图,典型FPGA的结构,XC4000器件的CLB结构,Cyclone器件的LE结构（普通模式）,典型FPGA的结构,1熔丝(Fuse)型器件,2反熔丝(Anti-fuse)型器件,3EPROM型，紫外线擦除电可编程,4EEPROM型,6SRAM型,5Flash型,2.6 FPGA/CPLD的编程元件,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，Joint Test Action Group），并制定出了IEEE 1149.1边界扫描测试（BST，Boundary Scan Test）技术规范,2.7 边界扫描测试技术,边界扫描IO引脚功能,边界扫描数据移位方式,2.8 FPGA/CPLD的编程与配置,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,下载接口引脚信号名称,2.8 FPGA/CPLD的编程与配置,USB-Blaster下载电缆,JTAG方式的在系统编程,CPLD编程下载连接图,JTAG方式的在系统编程,多个MAX器件的JTAG链配置方式,FPGA器件的配置,Cyclone器件的AS模式配置电路,FPGA专用配置器件,EPCS器件配置FPGA的电路原理图,使用单片机配置FPGA,微处理器PS模式配置FPGA的电路连接图,2.9 FPGA/CPLD器件概述,Lattice公司CPLD器件系列,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。,2.9 FPGA/CPLD器件概述,Lattice公司CPLD器件系列,ispMACH4000系列,Lattice EC&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 ispMACH 4000V、ispMACH 4000B 和 ispMACH 4000C 器件系列。,2.9 FPGA/CPLD器件概述,Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列,1.Virtex-4系列FPGA,2.Spartan&Spartan-3&Spartan 3E器件系列,3.XC9500&XC9500XL系列CPLD,4.Xilinx FPGA配置器件SPROM,5.Xilinx的IP核,2.9 FPGA/CPLD器件概述,Altera公司FPGA和CPLD器件系列,1.Stratix II 系列FPGA,2.Stratix系列FPGA,3.ACEX系列FPGA,4.FLEX系列FPGA,5.MAX系列CPLD,6.Cyclone系列FPGA低成本FPGA,7.Cyclone II系列FPGA,8.MAX II系列器件,9.Altera宏功能块及IP核,2.10 FPGA/CPLD的发展趋势,1）向大规模、高集成度方向进一步发展,2）向低电压、低功耗的方向发展,3）向高速可预测延时的方向发展,4）在PLD器件内嵌入更多功能模块,5）向模数混合可编程方向发展,习 题 2,2.1 PLA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点？2.6 CPLD和FPGA在结构上有什么明显的区别，各有何特点？2.7 FPGA器件中的存储器块有何作用？2.8 Altera的MAX 器件是属于CPLD还是FPGA，请查阅有关资料并进行分析。2.9 边界扫描技术有什么优点？2.10 说说JTAG接口都有哪些功能。2.11 FPGA/CPLD器件未来的发展趋势有哪些？,
