第八章++可编程逻辑器件课件.ppt
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1、第第8 8章章 可编程逻辑器件可编程逻辑器件n可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件概述n可编程逻辑器件可编程逻辑器件n可编程器件的分析与设计可编程器件的分析与设计n其它的可编程逻辑器件其它的可编程逻辑器件n小结小结一一.可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件概述n大规模集成电路的分类和发展大规模集成电路的分类和发展:通用型通用型:如如:存储器存储器,微处理器微处理器,单片计算机等单片计算机等 专用型专用型:ASIC(Application Specific Integrated Circuit):ASIC(Application Specific Integrated Circuit)n可编程逻辑器件分
2、类可编程逻辑器件分类:*按集成度分类按集成度分类 *按结构分类按结构分类 *按编程工艺分类按编程工艺分类 *按集成度和结构的复杂度分类按集成度和结构的复杂度分类n可编程逻辑器件的一般开发步骤可编程逻辑器件的一般开发步骤可编程逻辑器件可编程逻辑器件(PLD,Programmable Logic evicePLD,Programmable Logic evice)一、一、PLDPLD的基本特点的基本特点1.1.数字集成电路从功能上有分为通用型、专用型两大类数字集成电路从功能上有分为通用型、专用型两大类2.PLD2.PLD的特点:是一种按通用器件来生产,但逻辑功能是的特点:是一种按通用器件来生产,但
3、逻辑功能是由用户通过对器件编程来设定的由用户通过对器件编程来设定的数字系统二、二、PLDPLD的发展和分类的发展和分类 PROM是最早的PLD1.PAL 可编程逻辑阵列2.FPLA 现场可编程阵列逻辑3.GAL 通用阵列逻辑4.EPLD 可擦除的可编程逻辑器件5.FPGA 现场可编程门阵列6.ISP-PLD 在系统可编程的PLD可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件概述_ _集成度集成度n按集成度分类按集成度分类:*低密度可编程逻辑器件低密度可编程逻辑器件(LDPLD)(LDPLD)单片密度单片密度10001000门门 一般采用一般采用:与或阵列与或阵列,单一区块单一区块 8-168-16个左右的输
4、入个左右的输入/输出引脚输出引脚 芯片封装为芯片封装为20-2820-28个引脚个引脚 *高密度可编程逻辑器件高密度可编程逻辑器件(HDPLD)(HDPLD)通常采用通常采用:与或阵列与或阵列/查表查表 门阵列门阵列,多区块多区块 3636个以上的输入个以上的输入/输出引脚输出引脚 芯片封装为芯片封装为4444脚以上脚以上一般有一般有:PROM,PLA,PAL,GALPROM,PLA,PAL,GAL为低密度可编程逻辑器件为低密度可编程逻辑器件 EPLD,CPLD,FPGAEPLD,CPLD,FPGA为高密度可编程逻辑器件为高密度可编程逻辑器件 (GAL22V10_(GAL22V10_集成度为集
5、成度为500-700500-700门门_为分水岭为分水岭)可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件概述_ _结构结构n按结构分类按结构分类:*PROM,EPROM,EPROM PROM,EPROM,EPROM*可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列PLAPLA与或阵列可编程与或阵列可编程*可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑PALPAL与阵列可编程与阵列可编程,输出具有多种结构输出具有多种结构*通用阵列逻辑通用阵列逻辑GALGAL输出采用逻辑宏单元输出采用逻辑宏单元(OLMC)(OLMC)*可擦除可编程逻辑器件可擦除可编程逻辑器件EPLDEPLD基本逻辑单元是宏单元基本逻辑单元是宏单元.宏单宏单元由可编程的与或阵列元由
6、可编程的与或阵列,可编程寄存器和可编程可编程寄存器和可编程I/OI/O组成组成*复杂可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件CPLDCPLD含可编程逻辑宏单元含可编程逻辑宏单元,可编程可编程I/OI/O单元单元,可编程的内部连线等可编程的内部连线等 *现场可编程门阵列现场可编程门阵列FPGAFPGA含可编程逻辑功能块含可编程逻辑功能块CLB,CLB,可编程可编程I/OI/O模块模块IOB,IOB,可编程内部互连可编程内部互连PIPI可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件概述_ _编程工艺编程工艺n按编程工艺分类按编程工艺分类 *溶丝和反溶丝编程器件溶丝和反溶丝编程器件 溶丝溶丝_编程时在不需要连接处将溶丝溶
7、断编程时在不需要连接处将溶丝溶断 反溶丝反溶丝_在需要连接处加编程电压在需要连接处加编程电压,逆溶丝又高阻抗变为逆溶丝又高阻抗变为 低阻抗低阻抗,实现两点连接实现两点连接.*紫外线擦除的可编程器件紫外线擦除的可编程器件 采用浮栅管采用浮栅管:雪崩注入雪崩注入MOSMOS管管(FAMOS)(FAMOS)叠栅注入叠栅注入MOSMOS管管(SIMOS)(SIMOS)*电可擦除的可编程器件电可擦除的可编程器件 *SRAM SRAM编程方式的器件编程方式的器件 可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件概述_ _集成度和结构复杂度集成度和结构复杂度 *简单可编程逻辑器件简单可编程逻辑器件SPLDSPLD 小规模可
8、编程小规模可编程ASICASIC 基本特点基本特点:可编程的与阵列可编程的与阵列,不可编程的或阵列不可编程的或阵列 输出逻辑宏单元输出逻辑宏单元(OLMC),(OLMC),输入输出逻辑单元输入输出逻辑单元IOCIOC (集成度集成度 PALCE22V10 PALCE22V10 或或 GAL22V10GAL22V10的的PLD)PLD)*复杂可编程逻辑器件复杂可编程逻辑器件CPLDCPLD 中规模可编程中规模可编程ASICASIC 基本特点基本特点:更大的与阵列和的或阵列更大的与阵列和的或阵列 增加宏单元增加宏单元,触发器和布线资源触发器和布线资源 多位计数器多位计数器,网络适配器网络适配器,总
9、线控制器等总线控制器等 (集成度达集成度达2 2万等效的万等效的PLDPLD门电路门电路,寄存器达寄存器达480480个个,宏单元宏单元320320个个)*现场可编程门阵列现场可编程门阵列FPGAFPGA 复杂可编程复杂可编程ASICASIC 基本特点基本特点:可设计复杂算法的逻辑单元和信号处理单元可设计复杂算法的逻辑单元和信号处理单元 运算器运算器,乘法器乘法器,数字滤波器数字滤波器,二维卷积器等二维卷积器等可编程逻辑器件的一般开发步骤可编程逻辑器件的一般开发步骤 *设计输入设计输入 *功能模拟功能模拟 *逻辑分割逻辑分割*布局和布线布局和布线 *时间模拟时间模拟 *写入下载数据写入下载数据
10、 应用电子系统的硬件描述语言,把电子系统设计,仿真综合应用电子系统的硬件描述语言,把电子系统设计,仿真综合 和测试联系起来和测试联系起来使用的硬件描述语言使用的硬件描述语言HDLHDLVHDL/Verilog_HDLVHDL/Verilog_HDL/ABEL_HDL/ABEL_HDL对所设计的电路进行功能验证对所设计的电路进行功能验证 各单元模块的输入输出的设置,使能端,悬空,驱动等各单元模块的输入输出的设置,使能端,悬空,驱动等将复杂电路分解成若干子逻辑功能将复杂电路分解成若干子逻辑功能将逻辑电路布置在与所选用的实际芯片相同的虚拟芯片上将逻辑电路布置在与所选用的实际芯片相同的虚拟芯片上对所设
11、计的系统进行延迟特性和竞争冒险的测试对所设计的系统进行延迟特性和竞争冒险的测试仿真测试后,选用在系统编程或编程器下栽数据到芯片中仿真测试后,选用在系统编程或编程器下栽数据到芯片中二二.可编程逻辑器件可编程逻辑器件n可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLDPLD(Programmable Logic vice):(Programmable Logic vice):特点特点:(1)(1)集成度高、高性能、高可靠度集成度高、高性能、高可靠度;(2)(2)具有灵活的可编程可擦除性。具有灵活的可编程可擦除性。n可编程逻辑器件的组成和特点可编程逻辑器件的组成和特点n可编程逻辑器件的表示可编程逻辑器件的表示n现场
12、可编程逻辑阵列现场可编程逻辑阵列FPLAFPLAn可编程逻辑器件可编程逻辑器件(PAL)(PAL)n通用可编程逻辑阵列通用可编程逻辑阵列GALGAL可编程逻辑器件的组成和特点可编程逻辑器件的组成和特点n基本结构:基本结构:n主要分类和结构特点:主要分类和结构特点:其中:其中:*PROMPROM可编程可编程ROM ROM *PLA PLA可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列 *PAL PAL可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑 *GAL GAL通用阵列逻辑通用阵列逻辑返回返回分类分类与阵列与阵列或阵列或阵列输出电路输出电路PROMPROM固定固定可编程可编程固定固定PLAPLA可编程可编程可编程可编程固定固定P
13、ALPAL可编程可编程固定固定固定固定GALGAL可编程可编程固定固定可组态可组态与阵列 或阵列,输入/输出电路,反馈及控制电路可编程逻辑器件的一般表示可编程逻辑器件的一般表示n节点连接画法节点连接画法:n门电路的简化表示:门电路的简化表示:返回返回现场可编程逻辑阵列现场可编程逻辑阵列(FPLA)(FPLA)n基本电路结构基本电路结构返回返回特点特点:可编程的可编程的与与阵列阵列+可编程的可编程的或或阵列阵列+三态输出三态输出缓冲器缓冲器nFPLAFPLA的规格表示的规格表示 输入变量输入变量 与阵列的输出与阵列的输出 或阵列的输出或阵列的输出n带异或门的输出结构带异或门的输出结构 FPLAF
14、PLA中的中的带异或门的输出结构带异或门的输出结构带异或门的输出结构带异或门的输出结构返回返回特点特点:XOR=0 YXOR=0 Y输出与输出与S S同相同相 XOR=1 YXOR=1 Y输出与输出与S S反相反相可编程逻辑器件可编程逻辑器件(PAL)(PAL)n基本电路结构基本电路结构nPALPAL的几种输出结构的几种输出结构 *专用输出结构专用输出结构 *异步异步I/OI/O输出结构输出结构 *寄存器输出结构寄存器输出结构 *带异或门的输出结构带异或门的输出结构 *运算选通输出结构运算选通输出结构返回返回可编程逻辑器件可编程逻辑器件(PAL)(PAL)的基本电路结构的基本电路结构n结构图结
15、构图返回返回特点特点:可编程的可编程的与与阵列阵列;固定固定或或阵列阵列;互补的输入互补的输入PALPAL中的中的专用输出结构专用输出结构n专用输出结构专用输出结构返回返回特点特点:可编程的与阵列可编程的与阵列;具有互补输出具有互补输出PALPAL中的中的异步异步I/OI/O输出结构输出结构异步异步I/OI/O输出结构输出结构返回返回特点特点:可编程的输入、输出端可编程的输入、输出端 由三态缓冲器的使能端控制由三态缓冲器的使能端控制.可将输出作输入用。可将输出作输入用。具有互补的反馈输入具有互补的反馈输入到与阵列到与阵列PALPAL中的中的寄存器输出结构寄存器输出结构寄存器输出结构寄存器输出结
16、构返回返回特点特点:含寄存器、输出缓冲器、具有互补的反馈输入含寄存器、输出缓冲器、具有互补的反馈输入 可组成各种时序逻辑电路可组成各种时序逻辑电路PALPAL中的中的带异或门的输出结构带异或门的输出结构带异或门的输出结构带异或门的输出结构返回返回特点特点:含异或门、寄存器、输出缓冲器含异或门、寄存器、输出缓冲器 具有互补的反馈输入具有互补的反馈输入到与阵列到与阵列PALPAL中的中的运算选通反馈结构运算选通反馈结构运算选通反馈结构运算选通反馈结构返回返回特点特点:反馈通路可选通四种逻辑运算反馈通路可选通四种逻辑运算 通过编程可产生通过编程可产生1616种算术、逻辑运算(见种算术、逻辑运算(见P
17、397P397)BABABABA;BA BA BA BA 通用可编程逻辑阵列通用可编程逻辑阵列GALGALn特点:特点:可编程可编程“与与”阵列阵列 +固定固定“或或”阵列阵列 +可编程输出电可编程输出电路路 OLMCOLMC(逻辑宏单元)(逻辑宏单元)n优点:优点:*采用采用E E2 2PROMPROM工艺,可反复电擦写工艺,可反复电擦写 *输出电路宏单元输出电路宏单元OLMCOLMC,可通过编程选择输出结构,可通过编程选择输出结构 (寄存器型输出;组合型(寄存器型输出;组合型I/OI/O输出;输出;互补输出极性互补输出极性_ _高电平有效高电平有效/低电平有效)低电平有效)nGAL16V8
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