第2章_PLD硬件特性与应用

1. Stratix 4/6 系列FPGA 2. Cyclone 4系列FPGA 3. Cyclone系列FPGA（低成本FPGA） 4. Cyclone II系列FPGA 5. Cyclone III系列FPGA 6. MAX系列CPLD 7. MAX II系列器件 8. Altera宏功能块及IP核
2.3.2 FPGA工作原理
FPGA查表单元
FPGA查找表单元内部结构
2.3.2 FPGA工作原理
查表单元LUT
可编程D触发器
FPGA内基本LE
2.3.3 FPGA/CPLD
CPLD:乘积项丰富而触发器少—适用组合逻辑 CPLD:延时固定 CPLD:掉电后重新上电还能保持编程信息
FPGA:触发器资源丰富—适用时序逻辑 FPGA:延时时间不可预测（容易产生竞争-冒险
1）JTAG配置方式
是由JTAG命令来配置CPLD/FPGA器件 的方式。JTAG接口是IEEE 1149.1边界 扫描测试的标准接口，主要用于芯片测 试等功能
2.5 编程与配置
JTAG方式是由JTAG命令来配置CPLD/FPGA 器件的方式。主要用于芯片测试等功能
2.5 编程与配置
2.5 编程与配置
2.2.2 PROM原理
2.2.3 PLA原理
PLA：与阵列可编程；或阵列可编程
2.2.4 PAL原理
PAL：与阵列可编程；或阵列固定
2.2.5 GAL原理
输入口
GAL16V8
时钟信 号输入 逻辑宏单元
输入/输出口 固定或阵列 可编程与阵列
三态控制
2.3 CPLD/FPGA工作原理
CPLD/FPGA的组成结构
或误码等） FPGA:掉电后重新上电不能保持编程信息，需
使用配置芯片
2.4 产品介绍
三家主流公司产品：
Altera、Xilinx：数千门 ~ 数百万门 Lattice：数万门以下
2.4 产品介绍
Lattice公司的CPLD器件系列
1. ispLSI系列器件 2. MACHXO系列 3. MACH4000系列 4. LatticeSC FPGA系列 5. LatticeECP3 FPGA系列
2.5 编程与配置
FPGA专用配置器件
件 3）EEPROM编程器件，电擦写编程器件 4）SRAM器件
2.2 简单PLD原理
2.2.1 电路符号表示
2.2.1 电路符号表示
图2-2PLD的互补缓冲器 图2-3 PLD的互补输入 图2-4 PLD中与阵列表示
图2-5 PLD中或阵列的表示
图2-6 阵列线连接表示
2.2.2 PROM原理
2.4 产品介绍
Xilinx公司的FPGA和CPLD器件系列
1. Virtex-6系列FPGA 2. Spartan-6器件系列 3. XC9500/XC9500XL系列CPLD 4. Xilinx Spartan-3A系列器件 5. Xilinx的IP核
2.4 产品介绍
Altera公司的FPGA和CPLD器件系列
输入/输出口
逻辑块
逻辑块—由基本逻辑 单元组成，构成了 PLD器件的逻辑组 成核心 连线资源
连线资源—连接内部所有 单元，不同的逻辑块通 过可编程的PIA布线来 构成所需的逻辑功能
2.3.1 CPLD工作原理
CPLD：Complex Programmable Logic Device 内部互连结构由固定长度的连线资源组
2）主动配置方式（AS）
由器件引导配置操作过程，它控制着外 部存储器和初始化过程
由FPGA控制配置过程
2.5 编程与配置
3）被动配置方式（PS）
由系统中的其它设备发起并控制配置过 程。这些设备可以是Altera的配置芯片， 或者是单板上的智能设备
FPGA器件在配置过程中完全是被动的， 它仅输出一些状态信号来配合配置过程。
2.1.2 可编程逻辑器件分类 1 按集成度分
PLD按集成度分类
2.1.2 可编程逻辑器件分类
2 按结构分
1）PLD 与或阵列结构 2）FPGA（Field Programmable Gate Array）
门阵列
2.1.2 可编程逻辑器件分类
3 按工艺分
1）熔丝或反熔丝编程器件，PROM器件 2）UEPROM编程器件，紫外线擦除/电气编程器
2.5 编程与配置
2.5 编程与配置
ALTERA 的 ByteBlaster（MV）下载接口
此接口既可作编 程下载口，也可作
JTAG接口
2.5 编程与配置接口各引脚信号名称引脚12
3
4
5
6
7
8
9
10
PS 模式
DCK GND CONF_DONE VCC nCONFIG - nSTATUS
-
DATA0 GND
2.5 编程与配置
大规模可编程逻辑器件的编程工艺有三种
（1）基于电可擦除存储单元的EEPROM或Flash 技术。
（2）基于SRAM查找表的编程单元。 （3）基于反熔丝编程单元。
2.5 编程与配置
主要配置方式有三种
1）JTAG方式 2）主动配置方式AS 3）被动配置方式PS
2.5 编程与配置
2.4 产品介绍
Actel公司的FPGA器件
低功耗Flash型FPGA ：IGLOO系列、ProASIC 3系列。 混合信号FPGA：Fusion系列 耐辐射器件：RTAX-S系列、RTSX-SU系列 反熔丝器件：Axcelerator、SX-A 、eX 、MX 系列
2.4 产品介绍
ALTERA FPGA 常用配置芯片
第2章 PLD硬件特性 及应用
2.1 可编程逻辑器件概述
任何组合逻辑都可化成“与-或”表达式； 任何时序电路都可由组合电路加上存储元件组成； 由此人们提出了一种可编程逻辑电路结构，即乘
积项可编程结构
… …
输
输入
入
缓冲
电路
与
或
阵
阵
列
列
基本PLD的原理图
输出
输
缓冲
出
电路
2.1 可编程逻辑器件概述
成，布线的延迟确定，属确定型结构。 逻辑单元主要由“与或阵列”构成。
以MAX3000A为例
每16个宏单元组成一个逻辑阵列块
2.3.1 CPLD工作原理
可编程与阵列 固定或阵列
可编程寄存器
2.3.2 FPGA工作原理
FPGA：Field Programmable Gate Array
内部互连结构由多种长度不同的连线资 源组成，每次布线的延迟可不同，属统 计型结构。逻辑单元主体为由静态存储 器（SRAM）构成的函数发生器，即查 找表。通过查找表可实现逻辑函数功能。
2.3.2 FPGA工作原理
LUT：LUT本质上就是一个RAM。
当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑 电路以后，FPGA开发软件会自动计算逻辑电 路的所有可能结果，并把结果事先写入RAM， 这样每输入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， 然后输出即可
JATG 模式 TCK GND
T DO
VCC TMS
-
-
-
T DI
GND
主系统通用 10针标准 配置/下载接口
PIN1
目标板10针标准 配置接口
OTP配置器件插座
2.5 编程与配置
配置芯片
当FPGA器件正常工作时，其配置数据存 储在SRAM中，而SRAM有易失性，故 每次加电配置数据都必须重新载入。 Altera为设计者提供了一系列的配置器件 来存储配置数据。