FPGA VHDL.ppt

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1、1CHAPTERFPGA设计概述2提要1.可编程逻辑器件概述2.可编程逻辑器件的结构及原理3.FPGA特点4.FPGA设计语言5.FPGA设计流程6.FPGA厂商及开发环境7.ISE集成开发环境8.ISE集成开发环境实例演示31.1可编程逻辑器件概述可编程逻辑器件(ProgrammableLogicDevice简称PLD）是20世纪70年代发展起来的一种新型逻辑器件，是目前数字系统设计的主要硬件基础。现场可编程逻辑阵列FPLA(FieldProgrammableLogicArray）可编程阵列逻辑PAL(ProgrammableArrayLogic)通用阵

2、列逻辑GAL(GenericArrayLogic)可擦除的可编程逻辑器件EPLD(ErasableProgrammableLogicDevice）复杂可编程逻辑器件CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）现场可编程门阵列FPGA（FieldProgrammableGateArray）4可编程逻辑器件概述–分类(1)熔丝或反熔丝编程器件－－Actel的FPGA器件体积小，集成度高，速度高，易加密，抗干扰，耐高温只能一次编程，在设计初期阶段不灵活SRAM－－大多数公司的FPGA器件可反复编程，实现系统功能的动态重构每次上电需重新

3、下载，实际应用时需外挂EEPROM用于保存程序EEPROM－－大多数CPLD器件可反复编程不用每次上电重新下载，但相对速度慢，功耗较大5可编程逻辑器件概述–分类(2)低密度PROM,EPROM,EEPROM,PAL,PLA,GAL只能完成较小规模的逻辑电路高密度，已经有超过400万门的器件EPLD,CPLD,FPGA可用于设计大规模的数字系统集成度高，甚至可以做到SOC（SystemOnaChip）6CPLD与FPGA的区别CPLDFPGA内部结构Product－termLook－upTable程序存储内部EEPROMSRAM，外挂EEPROM资源类型组合

4、电路资源丰富触发器资源丰富集成度低高使用场合完成控制逻辑能完成比较复杂的算法速度慢快其他资源－EAB，锁相环保密性可加密一般不能保密71.2可编程逻辑器件结构原理81.2可编程逻辑器件结构原理91.2可编程逻辑器件结构原理乘积项与门101.2可编程逻辑器件结构原理111.2可编程逻辑器件结构原理－PROM结构与阵列固定，或阵列可编程；实现以“积之和”形式表示的各种组合逻辑编程连接点固定连接点121.2可编程逻辑器件结构原理－PLA结构与阵列或阵列均可编程；PLA的内部结构在简单PLD中有最高的灵活性131.2可编程逻辑器件结构原理－PAL结构与阵列可编程，

5、或阵列固定；与阵列可编程使输入项增多，或阵列固定使器件简化。或阵列固定明显影响了器件编程的灵活性141.2可编程逻辑器件结构原理－GAL结构用可编程的输出逻辑宏单元（OLMC）代替固定的或阵列，可以实现时序电路；OLMC151.2可编程逻辑器件结构原理－GAL结构（OLMC）输出使能选择输出选择或门控制选择组成：－异或门：控制输出信号的极性－D触发器：适合设计时序电路－4个多路选择器161.2可编程逻辑器件结构原理－CPLDFPGA的结构基于乘积项：Altera的MAX7000，MAX3000系列,Xilinx的XC9500系列Lattice,Cypre

6、ss的大部分产品基于查找表：Altera的FLEX,ACEX,APEX系列,Xilinx的Spartan,Virtex系列。17可编程逻辑阵列模块LAB，包含多个宏单元可编程I/O单元可编程连线PIA基于乘积项的CPLD内部结构18LAB中的宏单元结构乘积项逻辑阵列乘积项选择矩阵可编程触发器19基于查找表的FPGA内部结构C可编程逻辑模块(CLB）,含多个逻辑单元可编程输入输出模块（IOB）可编程内部连线（PIC）20基于查找表（LUT)的FPGA的结构xilinxSpartan-II的内部结构21CLB中逻辑单元内部结构22查找表LUT原理231.3FP

7、GA特点逻辑器件：用来实现某种特定逻辑功能的电子器件，最简单的逻辑器件是与、或、非门（74LS00，74LS04等），在此基础上可实现复杂的时序和组合逻辑功能。可编程逻辑器件：器件的功能不是固定不变的，而是可根据用户的需要而进行改变，即由编程的方法来确定器件的逻辑功能。配置数据可以存放在片外的EPROM或其它存储体上，可现场修改器件的逻辑功能。电路集成度高用硬件描述语言（HardwareDescriptionLanguage）代替传统的数字电路设计方法来设计数字系统。243FPGA特点251.4FPGA设计语言HDL语言是一种硬件描述语言，最终目的是生成实

8、际数字逻辑电路，完成一个从抽象化的代码到形象化的电路的转变。电路设