第一章可编程逻辑器件概述.ppt

第1章 可编程逻辑器件概述 * 1.1 可编程逻辑器件的发展历史 二极管、三极管 中小规模集成电路 专用集成电路 ASIC 可编程逻辑器件 PLD (Programmable Logical Device, PLD) 可编程只读存储器PROM 可编程逻辑阵列PLA 可编程阵列逻辑PAL 通用阵列逻辑 GAL 复杂可编程逻辑器件 （Complex Programmable Logic Device，CPLD） 现场可编程逻辑门阵列 （Filed Programmer Gate Array， FPGA） 可编程逻辑器件的发展 低密度PLD 高密度PLD 1.2 可编程逻辑器件的主要生产公司 Altera Xilinx Lattice Actel 常用的CPLD器件主要有：classic，Max系列； FPGA器件主要有：Cyclone系列、Stratic系列 Arria系列及ACEX等 。 或 中文网站 1.2 可编程逻辑器件的主要生产公司 Altera Xilinx Lattice Actel 网址 ， /products SRAM FPGA的发明者 主要产品 高性能：VietexTM-5， 低成本：Spartan-3 1.2 可编程逻辑器件的主要生产公司 Altera Xilinx Lattice Actel 反熔丝FPGA和Flash FPGA 技术与产品的开拓者 最早推出PLD的公司， 并于1991年率先推出 高密度在系统可编程 （ISP）逻辑器件 ， 扩展了CPLD的应用领域 1.3 FPGA/CPLD的主要应用领域 （一）数据采集和接口逻辑领域 （1）数据采集领域 （2）逻辑接口领域的应用 （3）电平接口领域 除了TTL、CMOS接口电平之外，LVDS、HSTL、 GTL/GTL＋、SSTL PC机与外部通信的接口也比较丰富， 比如，ISA、PCI、PCI Express、PS/2、USB等 对于高速的A/D和D/A转换芯片，比如视频Decoder 或者Encoder，不能与通用的MCU或者DSP直接接口 （二）高性能数字信号处理领域 （三）其它应用领域 例如高清视频编码算法H.264，采用TI公司1GHz 主频的DSP芯片需要4颗，而采用Altera的StratixⅡ EP2S130芯片只需要一颗就可以完成相同的任务。 （1）汽车电子领域，如网关控制器/车用PC机、 远程信息处理系统 （2）军事领域，如安全通信、雷达和声纳、电子战 （3）测试和测量领域，如通信测试和监测、半导体自动 测试设备、通用仪表， （4）消费产品领域，如显示器、投影仪、数字电视和 机顶盒、家庭网络。 （5）医疗领域，如软件无线电、电疗、生命科学。 1.4 FPGA/CPLD的设计流程 VHDL、Verilog 1.5 Altera 的CPLD/FPGA编程及配置 JTAG： 主动（AS）配置方式 被动（PS）配置方式 使用IEEE Std 1149.1 JTAG引脚来完成配置. 由FPGA主动输出控制和同步信号给Altera 专用的一种串行配置芯片。 系统中其它设备发起并控制配置过程，这些设备 可以是Altera的配置芯片，或是单板上智能设备， 如微处理器、CPLD等。 表一 Altera FPGA 系列器件的配置方式 √ √ √ √ √ √ √ √ √ JTAG √ PSA √ √ √ √ √ √ √ PPA √ √ √ √ PPS √ √ √ FPP √ √ √ AS √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ PS FLEX 6000 FLEX 10K FLEX 10KE FLEX 10KA ACEX Ⅱ Mercury APEX 20K APEX 20KE APEX 20KC APEX Ⅱ Cyclone CycloneⅡ Stratix Stratix GX StratixⅡ 器件系列 配置方式 PS（被动串行），PSA（被动串行异步），PPS（被动并行同步） PPA（被动并行异步），FPP（快速被动并行） 配置芯片 当FPGA正常工作时，其配置数据存储在SRAM 中，而SRAM有易失性，故每次加电配置数据都必须 重新载入。Altera为设计者提供了一系列配置器件来 存储配置数据。 普通型配置器件：容量较小 增强型配置器件:容量较大 AS串行配置器件 EPC1441(0.4M)、EPC1(1M)和EPC2(1.6M)， 前两者不可擦写 EPC4(4M)、EPC8和EPC16 EPCS1（1Mbit)、EPCS4、EPCS16和EPCS64 FPGA