FPGA技术教程(通俗易懂)课件.ppt

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1、FPGA技术2.CPLD/FPGA概述1.可编程逻辑器件发展历程3.CPLD/FPGA基本原理4.FPGA设计方法5.FPGA设计流程7.PLD/FPGA发展趋势6.VerilogHDL语言简介1.可编程逻辑器件的发展历程可编程逻辑器件(PLD)可编程阵列逻辑(PAL）可编程逻辑阵列(PLA)Xilinx的FPGAAltera的CPLD早期FPGAFPGA技术现在Xilinx：基于查找表技术，SRAM工艺，要外挂配置用的EEPROM的PLD叫FPGA(FieldProgramableGateArray）基于乘积项技术，Flash（类似EEPR

2、OM工艺）工艺的PLD叫CPLDAltera：MAX系列（乘积项技术，EEPROM工艺），FLEX系列（查找表技术，SRAM工艺）都叫作CPLD(ComplexProgramableLogicDevice)，即复杂PLD(ComplexPLD)。FPGA技术FPGA技术2.CPLD/FPGA概述二维的逻辑块阵列，构成了PLD器件的逻辑组成核心。输入／输出块：·连接逻辑块的互连资源连线资源：由各种长度的连线线段组成，其中也有一些可编程的连接开关，它们用于逻辑块之间、逻辑块输入／输出块之间的连接典型的PLD框图I/O控制模块（block）逻辑块连

3、线资源FPGA技术规模大，能够完成任何数字逻辑的功能，实现系统集成在投片前验证设计的正确性，开发成本低修改设计而不用改动硬件电路，开发周期短减少PCB面积，提高系统可靠性FPGA技术PLD(CPLD/FPGA)的优点：FPGA技术CPLD和FPGA的区别制造工艺不同实现功能不同FPGA:查找表技术，SRAM工艺CPLD：乘积项技术，Flash/EEPROM工艺FPGA:时序逻辑电路CPLD:组合逻辑电路3.CPLD/FPGA基本原理FPGA技术◆基于查找表的PLD的基本结构及逻辑实现原理◆基于乘积项的PLD的基本结构及逻辑实现原理◆基于乘积项

4、的PLD的基本结构及逻辑实现原理这种FPGA的结构可分为三块：宏单元（Macrocell）、可编程连线（PIA）和I/O控制块。宏单元是器件的基本结构，由它来实现基本的逻辑功能；可编程连线负责信号传递，连接所有的宏单元；I/O控制块负责输入输出的电气特性控制，比如可以设定集电极开路输出，摆率控制，三态输出等。INPUT/GCLK1，INPUT/GCLRn，INPUT/OE1，INPUT/OE2是全局时钟、清零和输出使能信号，这几个信号有专用连线与器件中每个宏单元相连，信号到每个宏单元的延时相同并且延时最短。FPGA技术宏单元具体结构与或阵列，

5、每一个交叉点都是可编程熔丝，导通实现与逻辑“或”阵列可编程D触发器FPGA技术乘积项结构的逻辑实现原理f=(A+B)*C*!D=A*C*!D+B*C*!Df=f1+f2=A*C*!D+B*C*!DFPGA技术查找表（Look-Up-Table）的原理和结构查找表LUT实质上是一个RAM，n位地址线可以配置为n×1的RAM。当用户描述了一个逻辑电路后，软件会计算所有可能的结果，并写入RAM。每一个信号进行逻辑运算，就等于输入一个地址进行查表，找出地址对应的内容，输出结果FPGA技术XilinxSpartan-II内部结构FPGA技术Altera

6、的FLEX/ACEX等芯片的内部结构FPGA技术查找表结构的逻辑实现原理f=(A+B)*C*!D=A*C*!D+B*C*!DFPGA技术选择FPGA还是CPLDCPLD组合逻辑的功能很强，一个宏单元就可以分解十几个甚至20－30多个组合逻辑输入。而FPGA的一个LUT只能处理4输入的组合逻辑，因此，CPLD适合用于设计译码等复杂组合逻辑。但FPGA的制造工艺确定了FPGA芯片中包含的LUT和触发器的数量非常多，往往都是几千上万，CPLD一般只能做到512个逻辑单元，而且如果用芯片价格除以逻辑单元数量，FPGA的平均逻辑单元成本大大低于CPLD

7、。FPGA技术4.FPGA的设计方法FPGA的常用设计方法包括“自顶向下”和“自下而上”,目前大规模FPGA设计一般选择“自顶向下”的设计方法。所谓“自顶向下”设计方法,简单地说,就是采用可完全独立于芯片厂商及其产品结构的描述语言,在功能级对设计产品进行定义,并结合功能仿真技术,以确保设计的正确性,在功能定义完成后,利用逻辑综合技术,把功能描述转换成某一具体结构芯片的网表文件,输出给厂商的布局布线器进行布局布线。布局布线结果还可反标回同一仿真器,进行包括功能和时序的后验证,以保证布局布线所带来的门延时和线延时不会影响设计的性能。FPGA技术自

8、顶向下设计方法学顶层模块子模块1子模块2子模块3叶单元叶单元叶单元叶单元叶单元叶单元FPGA技术FPGA技术RTL代码逻辑综合器调用模块的黑盒子接口设置综合目标和约