2. EDA教案 FPGA.CPLD 结构

FPGA与CPLD的结构原理

FPGA与CPLD的结构原理FPGA结构原理：FPGA是一种可重构器件，它由大量的可编程逻辑单元（Logic Element，LE）组成，每个LE都包含查找表（Look-Up Table，LUT）、寄存器以及可编程连接资源。

FPGA的结构原理可以分为三个关键组件：查找表、可编程连接资源和I/O资源。

1.查找表：FPGA中的查找表是其最基本的单元，通常由4-6个输入信号和1个或多个输出信号组成。

查找表中包含一个存储器单元和一组可编程拨码开关。

存储器单元中存储了一组真值表，根据输入信号的组合来选择对应的输出信号。

这种基于查找表的逻辑实现既灵活又高效。

2.可编程连接资源：FPGA中的连接资源是一个非常重要的部分，它可以实现片上资源之间的任意连接。

通常，FPGA中的连接资源采用可编程互连点（Programmable Interconnect Point，PIP）的方式实现。

每个PIP可以通过可编程电路来控制是否对其中一对逻辑单元进行连接。

3.I/O资源：FPGA的I/O资源用于与外部世界进行交互。

每个I/O资源通常包含输入/输出引脚、输入/输出缓冲器以及可编程的电平转换电路。

通过对I/O资源的编程，可以根据实际需求来设置引脚的输入/输出电平以及输出驱动能力。

CPLD结构原理：CPLD是一种较小规模的可编程逻辑器件，它通常由若干个宏单元（Macrocell）组成，每个宏单元都包含与FPGA相似的逻辑资源和可编程连接资源。

CPLD的结构原理可以分为三个关键组件：宏单元、可编程连接资源和I/O资源。

1.宏单元：宏单元是CPLD的核心单元，通常由多个查找表、寄存器和触发器组成。

宏单元中的查找表用于实现逻辑功能，寄存器用于存储中间结果或控制信号，触发器用于实现时序逻辑。

一个CPLD可以包含多个宏单元，各个宏单元可以通过可编程连接资源相互连接。

2.可编程连接资源：CPLD中的可编程连接资源通常采用矩阵交叉开关（Crosspoint Switch）的方式实现。

eda技术教案

eda技术教案EDA技术教案第⼀次课内容：1)介绍EDA技术的涵义、发展历程和应⽤领域；2)介绍EDA技术的主要内容；3)介绍EDA的⼯程设计流程；4)说明本课程的特点与学习⽅法。

教学⽬的：1)通过介绍EDA技术的涵义、发展历程和应⽤领域，使学⽣了解本课程的实际应⽤很⼤，调动学⽣学习这门课程的积极性2)通过介绍EDA技术的主要内容，使学⽣了解这门课程要学习什么。

在此基础上说明本课程的特点与学习⽅法。

3)说明各种通信系统的组成，了解它们的优缺点，出现背景。

重点说明数字通信系统的特定和优点。

4)介绍EDA的⼯程设计流程，说明当前EDA设计的特点，⽤软件⽅式设计硬件，⽤软件⽅式设计的系统到硬件系统的转换是由有关开发软件⾃动完成的，因此类似软件编程，不需太多的低层硬件知识，使学⽣克服畏难情绪。

教学重点、难点：1)EDA技术的三个发展阶段以及各阶段的特点；2)EDA的定义和EDA技术的主要内容；3)EDA的⼯程设计流程。

教学⽅法：⽐较、举例、图解。

教学过程：（⼀）⾃我介绍，说明课时安排、成绩评定⽅法、课程定位、教学⽹站的进⼊。

（⼆）讲授新课课堂教学实施过程共分六步。

1)介绍EDA技术的涵义。

2)说明EDA技术的发展背景，说明EDA技术的三个发展阶段，⽐较三个阶段的各解决了什么问题，在此基础上理解各阶段的特点。

3)在第⼆步理解EDA技术进⾏电⼦系统设计的特点的基础上引出并详细说明EDA的定义，加深对EDA技术的涵义的理解。

4)在第三步详细说明EDA的定义的基础上，引出EDA技术的4个主要内容：硬件描述语⾔：设计的主要表达⼿段；⼤规模可编程逻辑器件：设计的载体；软件开发⼯具：设计的⼯具；实验开发系统：下载⼯具及硬件验证⼯具。

再分别介绍EDA技术的4个主要内容：了解常⽤的硬件描述语⾔VHDL和Verilog；了解两种常⽤的⼤规模可编程逻辑器件FPGA和CPLD以及它们各⾃的特点；了解主流EDA⼯具软件；了解本课程使⽤的西安唐都公司的TD-EAD实验系统5)说明课程要求：通过学习这门课程要掌握运⽤EDA开发⼯具设计开发电⼦系统，引出这门课程的特点：实践性强，说明我们的学习⽅法：抓住⼀个重点：VHDL的编程；掌握两个⼯具：Quartus II 和TD-EAD实验系统；运⽤三种⼿段：通过案例分析、应⽤设计和上机实践，实现理论与实践相结合，边学边⽤，边⽤边学。

第2章 FPGA CPLD结构原理02

2.5.1 内部逻辑测试可测性设计（DFT—Design For Test）
设计时加入用于测试的专用逻辑，在设计完成后用来测试关键逻辑。
2.5 硬件测试
2.5.1 内部逻辑测试可测性设计 ASIC：（--- DFT_Design For Test）
原理：把ASIC中关键逻辑部分的普通寄存器用测
一个LAB由
16个宏单元的阵列组成。
2.3 CPLD的结构及其工作原理
2. 宏单元
2.3 CPLD的结构及其工作原理
2. 宏单元功能块组成：（1）逻辑阵列
实现组合逻辑，可以给每个宏单元提供五个乘积项
（2）乘积项选择矩阵
a 分配这些乘积项作为到或门或异或门的主要逻辑输入，
以实现组合逻辑输入。 b 把这些乘积项作为宏单元中寄存器的辅助输入：清零、置位、时钟、时钟时能控制
EDA技术实用教程
第2章
FPGA/CPLD结构原理
主要内容
（1）概述（2）简单PLD结构原理（3）CPLD的机构和原理（4）PFGA的结构和原理（5）硬件测试（6）PLD产品概述（7）CPLD/FPGA的编程与测试
2.1 概述
PLD_ Programmable Logic Devices 可编程逻辑器件：用户构造逻辑功能
2.2 简单PLD结构原理
（3）简单模式 2、输出反馈结构
2.2 简单PLD结构原理
（3）简单模式 3、输出结构
2.3 CPLD的结构及其工作原理
2.3 CPLD的结构及其工作原理
PLD包括三大部分：
（1）一个二维的逻辑块阵列： --- 构成PLD的阵列核心（2）输入/输出块。
（3）连接逻辑的互连资源：

FPGA-CPLD基本结构及原理

2020/2/21
8
浮栅型电可擦除熔丝结构
G1 S
n+
G2 SiO2 D
n+
大多数CPLD器件采用此工艺
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
2020/2/21
9
（4）SRAM编程技术
与浮栅型熔丝结构基本相同。SRAM编程技术是在FPGA器件中采用的主要编程工艺之一。SRAM型的 FPGA是易失性的，断电后其内部编程数据（构造代码）将丢失，需在外部配接ROM存放FPGA的编程数据。
2020/2/21
16
EPM7128E乘积项扩展和并联扩展项的结构图
来自上一个宏单元
乘积项选择矩阵
Preset
Clock Clear
宏单元乘积项逻
辑
共享乘积项
并联扩展
乘积项选择矩阵
Preset
Clock Clear
宏单元乘积项逻
辑
到下一个宏单元
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（2）多触发器结构
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13
宏单元结构图
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
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14
CPLD中与、或门的表示方法
A BCD
P(乘积项 )
A BCD
F（或项）
A
P=A· C· D
A
C
B
D
D
2020/2/21
F=A+B+D
15
（1）乘积项共享结构
在CPLD的宏单元中，如果输出表达式的与项较多，对应的或门输入端不够用时，可以借助可编程开关将同一单元（或其他单元）中的其他或门与之联合起来使用，或者在每个宏单元中提供未使用的乘积项给其他宏单元使用。

EDA 技术实用教程第3章

3．扩展乘积项．
局部连线宏单元的乘积项逻辑
共享扩展项提供的 “与非” 乘积项
宏单元的乘积项逻辑
图3-28 共享扩展乘积项结构
KX
康芯科技
3.3 CPLD的结构与工作原理的结构与工作原理
3．扩展乘积项．
图3-29 并联扩展项馈送方式
KX
康芯科技
3.3 CPLD的结构与工作原理的结构与工作原理
图3-46 JTAG BST 系统与与 FPGA器件器件关联结构图
KX
康芯科技
3.5 硬件测试技术
3.5.2 JTAG边界扫描测试边界扫描测试
图3-47 JTAG BST选择命令模式时序选择命令模式时序
3.5.3 嵌入式逻辑分析仪 Altera Signaltap II
EDA 技术实用教程
第 3 章 FPGA/CPLD 结构与应用
3.1 概
述
组合电路ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基本门
时序电路
输入 …
输入缓冲电路
与阵列
或阵列
输出缓冲电路 …
输出
基本PLD器件的原理结构图图3-1 基本器件的原理结构图
康芯科技
KX
3.1 概
述
3.1.1 可编程逻辑器件的发展历程 PROM (Programmable Read Only Memory) PLA (Programmable Logic Array) PAL (Programmable Array Logic) GAL (Generic Array Logic) EPLD CPLD
I/O6
一种PAL16V8的部分结构图图3-17 一种的部分结构图

EDA技术实用教程第三章FPGA结构与配置PPT课件

3.1 概述
K 康芯科技 X 4
图3-1 基本PLD器件的原理结构图
… …
输入
输入缓冲电路
与阵列
或阵列
输出缓冲电路
输出
K 康芯科技 X 5
3.1.1 可编程逻辑器件的发展历程
EPLD
PROM PLA
改
进
器
的
件
和
CPLD
FPGA GAL
PLA
器件
器器件件器
器件
SL0 6 SG1 SL16
11
10 01
R
Vcc 00
DQ Q
11
10 01
R
00
11
R
10 01
00
SG0
SL06
11
10 01
R
Vcc 00
DQ Q
11
10 01
R
00
11
R
10 01
00
SG1
SL06
19 I/O7 18 I/O6
3.2.5 GAL
图3-18 GAL16V8的结构图
I/CLK 1
EDA技术实用教程
第3章 FPGA／CPLD结构与应用
整体概述
K 康芯科技 X 2
一请在这里输入您的主要叙述内容
二
请在这里输入您的主要叙述内容
三请在这里输入您的主要叙述内容
K 康芯科技 X 3
FPGA - Field Programmable Gate Array CPLD - Complex Programmable Logic Device
或阵列（可编程）
A1 A 1

典型FPGACPLD的结构与配置

典型FPGACPLD的结构与配置首先，让我们先了解一下FPGA和CPLD的基本概念。

CPLD也是一种可编程逻辑器件，它由多个可编程逻辑单元（PLD）组成，每个PLD有自己的触发器、存储器和逻辑单元。

CPLD相对于FPGA来说规模较小，但也具有可编程性和灵活性。

CPLD适用于需要实现相对简单的逻辑电路功能的场景。

下面我们来详细了解典型的FPGA和CPLD的结构和配置。

1.FPGA的结构和配置：典型的FPGA由多个可编程逻辑单元（Programmable Logic Element，PLE）组成。

PLE是FPGA的基本构建模块，它由可编程开关（Programmable Switch）和逻辑功能单元（Logic Function Unit）组成。

可编程开关用于根据用户设计的逻辑电路功能连接各个逻辑功能单元，逻辑功能单元可以实现逻辑操作（如与门、或门等）。

FPGA还包含了存储单元（Memory Unit）和输入/输出（I/O）引脚。

FPGA的配置通常包含两个步骤：设计和布局。

在设计阶段，用户需要使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）编写逻辑电路的描述代码。

在布局阶段，用户使用布局工具将逻辑电路映射到FPGA的可编程逻辑单元和存储单元上。

布局过程中需要考虑资源利用率、时序等约束条件。

在配置过程中，用户将设计好的逻辑电路配置到FPGA芯片中，这可以通过编程器或JTAG接口完成。

2.CPLD的结构和配置：典型的CPLD由多个可编程逻辑单元（PLD）组成。

每个PLD包含了触发器、存储器和逻辑单元，并具有可编程开关用于连接不同的逻辑单元。

CPLD还包含输入/输出（I/O）引脚。

CPLD的配置包含两个步骤：设计和编程。

在设计阶段，用户需要使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）编写逻辑电路的描述代码。

在编程阶段，用户将设计好的逻辑电路配置到CPLD芯片中。

编程可以通过编程器或JTAG接口完成。

总结起来，FPGA和CPLD是现代数字电路设计中常用的可重构逻辑器件，它们可以根据用户的需求实现特定的逻辑电路功能。

第1章cpld学习教程课件

第1章cpld学习教程
PLD的分类
• CPLD/FPGA不仅受到系统设计者的青睐，而且在半导体领域中呈现出一支独秀的增长态势，成为系统级平台设计的首选。随着PLD向更高速、更高集成度、更强功能和更灵活的方向发展，使CPLD/FPGA器件既适用于短研制周期、小批量产品开发，也可用于大批量产品的样品研制，且项目开发前期费用低，开发时间短，有利于新产品占领市场，是目前ASIC设计所使用的最主要的器件。
第1章cpld学习教程
2023/10/8
第1章cpld学习教程
二、什么叫EDA
. EDA:
电子设计自动化(
Electroni
Design Automation )是电子设计技术和
电子制造技术的核心， EDA技术的发展
和推广应用极大的推动了电子信息行业
的发展。
第1章cpld学习教程
我们认识的EDA技术
Foundation 、PAC) . 5.IC设计 . 6.SOC设计
第1章cpld学习教程
第一节 EDA技术的发展及其未来
. EDA技术是现代电子信息工程领域的一门新技术; . 今天的EDA技术更多的是指芯片内的电子系统设计自动
化，即片上系统(SOC ，System On Chip)设计。 . 在SOC设计过程中，除系统级设计、行为级描述及对功
能的描述以外均可由计算机自动完成，同时设计人员借助开发软件的帮助，可以将设计过程中的许多细节问题抛开，而将注意力集中在电子系统的总体开发上。这样大大减轻了工作人员的工作量，提高了设计效率，减少了以往复杂的工序，缩短了开发周期，实现了真正意义上的电子设计自动化。
第1章cpld学习教程
一、EDA技术的发展进程