第2章可编程逻辑器件.pptx

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1、第2章可编程逻辑器件2.1概论2.2简单PLD原理2.3大规模PLD内部资源2.4CPLD的结构与工作原理2.5FPGA的结构与工作原理2.6硬件测试技术2.7FPGA/CPLD产品概述2.8编程与配置1☆数字电路系统分为组合电路和时序电路，均可由基本门构成。☆组合电路在逻辑上输出总是当前输入的函数；时序电路的输出是当前系统状态与当前输入的函数，它含有存储元件。☆任何组合逻辑函数都可化为“与-或”表达式，从而都可用“与”门和“或”门来实现。时序电路都可由组合电路加上存储元件（锁存器、触发器、RAM）构成。由此，提出了乘积项逻辑可编程结构。2.1概论PLD（Progr

2、ammableLogicDevice）2特点：结构简单。后来，又根据ROM工作原理、地址信号和输出数据的关系，以及ASIC的门阵列法得到启发，构造出另一种可编程逻辑结构，即查找表逻辑。其逻辑函数采用RAM“数据”查找的方式，并使用多个查找表构成一个查找表阵列，称为可编程门阵列PGA（ProgrammableGateArray）。基本PLD器件的原理结构图输入缓冲电路与阵列或阵列输出缓冲电路输入﹒︰输出﹒︰32.1.1PLD的发展历程20世纪70年代，最早的可编程逻辑器件PROM和PLA；20世纪70年代末，AMD公司推出PAL；20世纪80年代初，Lattice公司

3、发明电可擦写的GAL器件；20世纪80年代中期，Xilinx公司提出现场可编程概念，同时生产出世界上第一片FPGA器件；Altera公司推出EPLD器件，较GAL有更高的集成度，可用紫外线或电擦除；20世纪80年代末，Lattice公司又提出在系统可编程技术，并推出一系列具有在系统可编程能力的CPLD器件，将可编程器件的性能和应用技术推向了一个全新的高度；进入20世纪90年代后，可编程集成电路技术进入飞速发展时期。器件的可用逻辑门数超过百万门，并出现了内嵌复杂功能模块（如加法器、乘法器、RAM、CPU核、DSP核、DLL等）的SOPC（SystemOnaProgra

4、mmableCircuit）。42.1.2PLD的种类及分类方法低密度PLD、高密度PLD（超过500门）PLD低密度器件（LDPLD）PLA、PROM、PAL、GAL高密度器件（HDPLD）EPLD、CPLD、FPGA1、根据器件密度：5FPGA（FieldProgrammableGatesArray）分段式布线，延迟不可预测CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）连续式布线，延迟可预测3、互连结构2、编程结构乘积项结构(PROM、PLA、PAL、GAL、EPLD、CPLD)查找表结构(FPGA)6熔丝（Fuse）型反熔丝（Anti

5、-fuse）型：如Actel公司的FPGA器件EPROM（ErasablePROM）紫外线擦除，电可编程。EEPROM（ElectricallyEPROM）可直接用电擦写Flash型（闪存）：信息在一瞬间即可被存储。SRAM型：编程速度、编程要求较低，被大部分FPGA采用，如Xilinx和Altera公司的FPGA。4、编程工艺7前五类编程元件为非易失性元件，编程后能使逻辑配置数据保持在器件上。SRAM类为易失性元件，即每次掉电后逻辑配置数据会丢失，需专用配置元件。熔丝型开关和反熔丝开关元件只能写一次；采用浮栅编程的EPROM、EEPROM、Flash元件和SRAM

6、编程元件则可以进行多次编程。反熔丝开关元件一般用在要求较高的军品系列（如通信卫星、航空电子仪器等）器件上，而浮栅编程元件一般用在民品系列器件上。8基于SRAM的器件主要优势：新的设计思想可以很快的得到实现和验证；这些器件能够站在技术的最前沿。在系统可编程（ISP）不利之处：在系统每次上电时需要重新配置。这就需要使用专用的外部存储器件（这就增加了板级有关的成本和面积消耗）或一个板上微处理器。9基于SRAM的器件安全问题：知识产权很难得到保护。逆向工程窃取外部存储器件中的知识产权；或克隆设计功能。解决方案：比特流加密。最终的配置数据经过加密后存入外部存储器件，加载进器件

7、时对比特流进行解密，并自动禁用FPGA的回读功能。方案的缺点：需在电路板上增加电池，在系统断电时保持FPGA中密钥寄存器的内容。增加了电路板的尺寸、重量、复杂性和成本。10基于反熔丝的器件优点：非易失性。天生的“防辐射”，三倍相对不受电磁辐射的影响，多用于军事和宇航。防盗。配置数据被深深嵌入器件内部的金属层，已编程器件会设置一个专门的反熔丝，防止内部数据被读出。11基于反熔丝的器件缺点：OTP（OneTimeProgrammable）总是落后于基于SRAM的元件至少一代。因为在主要的制造过程合格后，还需要使用三个额外的处理步骤。专用编程器离线编程。12基于E2P