可编程逻辑器件应用系统设计ppt课件.ppt

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1、第3章可编程逻辑器件应用系统设计3.1可编程逻辑器件应用系统设计概述3.2可编程逻辑器件的相关软件3.3可编程逻辑器件的应用设计实例习题习题参考答案引言可编程逻辑器件有两大主要特点：其一是由用户通过软件进行配置和编程，从而完成某种特定的功能，且可以反复擦写；其二在修改和升级PLD时，不需额外地改变PCB，只是在计算机上修改和更新程序，使硬件设工作成为软件开发工作，缩短了系统设计的周期，提高了实现的灵活性并降低了成本。引言可编程逻辑器件中的FPGA现场可编程门阵列是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一

2、种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(LogicCellArray)这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB(ConfigurableLogicBlock)、输入/输出模块IOB(InputOutputBlock)和内部连线(Interconnect)3个部分。引言FPGA的基本特点主要有如下几点：(1)采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。(2)  FPGA可做其他全定制或半定制ASIC电路的中试样片。(3)  FPGA内部有丰富的触发器和I/O引

3、脚。(4)  FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。(5)  FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。引言可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。目前FPGA的品种很多，有ALTERA公司的Stratix系列、XILINX公司的Virtex系列、TI公司的TPC系列等。FPGA的应用可分为3个层面：电路设计、产品设计、系统设计。引言1．电路设计中FPGA的应用连接逻辑、控制逻辑是FPGA早期发挥作用比较大的领域也是FPGA应用的基石。事实上在电路设计中应用FPGA的难度还是

4、比较大的，这要求开发者要具备相应的硬件知识(电路知识)和软件应用能力(开发工具)。引言2．产品设计把相对成熟的技术应用到某些特定领域如通信、视频、信息处理等，开发出满足行业需要并能被行业客户接受的产品，这主要是FPGA技术和专业技术的结合问题，另外，与专业客户的界面问题产品设计还包括专业工具类产品及民用产品，前者重点在性能，后者对价格敏感产品设计以实现产品功能为主要目的。FPGA因为具备接口、控制、功能IP、内嵌CPU等特点有条件实现一个构造简单、固化程度高、功能全面的系统产品设计将是FPGA技术应用最广大的市场，具有极大的爆发性的需求空间。引言3．系统级应用系统级的

5、应用是FPGA与传统的计算机技术结合，实现一种FPGA版的计算机系统如用XilinxV-4,V-5系列的FPGA，实现内嵌POWERPCCPU，然后再配合各种外围功能，实现一个基本环境，在这个平台上运行Linux等系统，这个系统也就支持各种标准外设和功能接口(如图像接口)了，这对于快速构成FPGA大型系统来讲是很有帮助的。引言应用实例采用了Cyclone Ⅱ的通信控制器模块引言采用了CycloneⅢ的专业广播高清摄像机引言CycloneⅢ的嵌入式系统开发套件引言StratixFPGA的应用领域3.1可编程逻辑器件应用系统设计概述3.1.1可编程逻辑器件的发展现状及趋势

6、数字集成电路由早期的电子管、晶体管、中小规模集成电路，发展到超大规模集成电路以及许多具有特定功能的专用集成电路。但是，随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC)芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用，因而出现了现场可编程逻辑器件(FPLD)，其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)，使得可编程逻辑器件逐渐成为微电子技术发展的主要方向。3.1可编程逻辑器件应用系统设计概述3.1

7、.1可编程逻辑器件的发展现状及趋势1．可编程逻辑器件技术的发展可编程逻辑器件出现于20世纪70年代，是一种半定制逻辑器件，它给数字系统的设计带来了革命性的变化。早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存储器(PROM)、紫外线可擦除可编程只读存储器(EPROM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)3种。由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。3.1可编程逻辑器件应用系统设计概述3.1.1可编程逻辑器件的发展现状及趋势其后，出现了一类结构上稍复杂的可编程芯片，即可编程逻辑器件(PLD)，它能够完成各种数字逻辑功能。典型的PLD由一个“与”门和一