第2章 可编程逻辑器件的硬件结构.ppt

Cyclone 器件是Altera公司的一款低成本、高性价比 的FPGA，他的结构和工作原理在FPGA器件中具有典型 性，下面以此为例介绍FPGA的结构和原理。 Cyclone器件主要由逻辑阵列块LAB、嵌入式存储器 块、I/O单元和PLL等模块构成，在各模块之间存在丰富的 互连线和时钟网络。 Cyclone器件的可编程资源主要来自LAB，每个LAB 由多个逻辑单元(Logic Element,LE)构成，是Cyclone FPGA器件的最基本可编程单元。 资源分布示意图 LUT链和寄存器链的使用 Cyclone LE 普通模式 Cyclone LE 动态算术模式 * EPLD: Electrically Programmable Logic Device（电可编程逻辑器件）电可编程逻辑器件（EPLD）是一种集成电路 PROM:一次可编程 PAL和Gal产品中，最多的乘积项数可达8个。 GAL有两种基本的型号，可以代替数十种PAL 2.1 可编程逻辑器件的分类 1.按器件集成度划分 集成度小于1000门 集成度大于1000门 2.按编程工艺划分 （1）熔丝型 （2）反熔丝型 （3）UEPROM，紫外线擦除电可编程 （4）EEPROM，电可擦除可编程 （5）SRAM （6）FLASH EEPROM结构：现有的大部分CPLD及GAL均采用这 种方式编程 SRAM结构：典型产品Altera:cyclone，Stratix系列； Xilinx:Vertex， Spartan ； 反熔丝结构：典型产品Actel:Axcelerator,SX-A,eX,MX； Quick Logic: Eclipse，Polarpro； FLASH结构：典型产品Actel:proASIC3，proASIC3E 熔丝结构，没有编程情况下是连接状态 反熔丝结构：没有编程的情况下是开路状态 Programmable ready only memory 可编程只读存储器，一次可编程 ROM就是掩模可编程的 2.2 可编程逻辑器件的基本结构 1.PROMs 2.2 可编程逻辑器件的基本结构 1.PROMs PROM中的地址译码器是完成PROM存储阵列的行选择 逻辑表达式如下： 上面几个式子都可以看成逻辑与运算，就把PROM的 地址译码器看成一个与阵列 2.2 可编程逻辑器件的基本结构 1.PROMs 存储单元阵列的输出可用如下逻辑函数表示： 是可以编程的，即或阵列可编程 2.2 可编程逻辑器件的基本结构 1.PROMs 2.2 可编程逻辑器件的基本结构 1.PROMs 半加器逻辑表达式 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 F1 F0 A0 A1 半加器真值表 2.2 可编程逻辑器件的基本结构 1.PROMs 2.2 可编程逻辑器件的基本结构 1.PROMs 固定与逻辑阵列，可编程或逻辑阵列 2.可编程逻辑阵列PLA（Programmable Logic Array ） 输入和输出均可编程 2.可编程阵列逻辑PLA（Programmable Logic Array ） 3.可编程阵列逻辑PAL（Programmable Array Logic ） 与阵列可编程或阵列固定 PAL的输出结构 4.通用可编程阵列逻辑GAL（Generic Array Logic ） PAL的输出结构是固定的，一种结构对应一种类型 芯片，如果系统需要不同的输出形式，就必须选择多种 芯片实现。 GAL的每个输出端都集成一个输出逻辑宏单 元OLMC(Output Logic Macro Cell)。OLMC是可编程 的，通过编程可以决定该电路是组合逻辑还是时序逻辑， 是否需要产生反馈信号，并能实现输出使能控制及输出 极性的选择等。有很强的通用性和灵活性。 GAL22V10的OLMC内部逻辑图 x y z 5.复杂可编程逻辑器件CPLD 逻辑结构主要由3部分组成： (1)逻辑阵列块LAB（Logic Array Block)，包括扩展乘积项和宏单元（microcell); (2)可编程连线阵列（Programmable Interconnect Array，PIA）； (3)I/O控制块（I/O Control Block,IOC) MAX7128S的内部结构 单个宏单元结构 共享扩展项 提供的“与非” 乘积项 扩展乘积项包括共享扩展项和并联扩展项 并联扩展项 选择分频器 最多可以实现15个并联扩展项