第01讲(可编程逻辑器件的基础知识01).pptVIP

课 程 宗 旨 更新数字电路的设计观念，建立用PLD器件取代传统TTL器件设计数字电路的思想。 更新数字系统设计手段，学会使用硬件描述语言（Hardware Description Language）代替传统的数字电路设计方法来设计数字系统。 第1章 可编程逻辑的基础知识 可编程器件原理与应用 1.1 绪 论 可编程逻辑器件FPGA是一种可以编程的数字集成电路IC，它包含可配置的逻辑块以及逻辑块之间的互连线。 设计人员可以通过在现场完成对这些逻辑块和互连线的配置，以实现或改变复杂的电子系统的功能。 FPGA在结构、速度、工艺、集成度和性能等方面都有极大的提高，与之相对应的设计方法和自动化设计工具也得到迅速的发展。 1.1 绪论 FPGA器件在高速处理场合运用的越来越广泛： 尽管FPGA芯片的主频要低于奔腾处理器,但是由于FPGA芯片可并行处理多项任务,因此处理速度要比奔腾处理器或数字信号处理器快得多! 比如美国赢通系统公司推出一款超级的服务器。这款专为网站运行而设计的服务器尺寸仅有DVD播放机大小，工作能力却相当于,甚至超过50台戴尔、IBM或SUN公司售价5000美元的服务器。赢通公司的这款服务器并未采用目前电脑中不可或缺的微处理器。而是由FPGA芯片驱动。 FPGA芯片在一定程度上正在蚕食微处理器的市场。FPGA芯片也开始用于消费类的电子设备中，包括手机和数码相机。飞利浦、诺基亚、Palm及索尼均在其消费类的电子产品中采用了FPGA芯片。 尽管FPGA芯片的时钟频率要低于奔腾处理器，但是由于FPGA芯片可并行处理各种不同的运算，所以可完成许多复杂的任务。例如全球天气建模及基因组合核对等，而且处理速度比奔腾处理器或数字信号处理器快得多。在通用计算方面，FPGA仍然不敌Intel的处理器。对于那些只需要进行重复单任务操作的机器而言，使用FPGA芯片显然是大材小用。 FPGA器件在DSP领域将要大显身手。 随着DSP应用领域的拓宽和各类性能指标的不断提升，采用DSP处理器（如TI的TMS320C系列）的解决方案日益面临着不断增加的巨大挑战，而自身的技术瓶颈（如运行速度、吞吐量、总线结构的可变性、系统结构的可重配置性、硬件可升级性等等）致使这种解决方案在DSP的许多新的应用领域中的道路越走越窄。 例如，软件无线电的概念在10年前就已提出，并附诸研究和实现了，仅其数字中频域的信号处理的等效速度也需达50GIPS，然而直到目前为止，最快的DSP处理器，TI的C6X系列也没能超过5GIPS，至于现在最常用的TMS320C54X系列处理器，也只有0.1GIPS（ALTERA 基于FPGA的DSP等效速度大于70GIPS，）。 在许多应用领域，以处理器（DSP Processor）为核心的DSP系统具有很大的局限性。 所以DSP处理器不是DSP系统的唯一选择；DSP技术不等于DSP处理器应用；DSP的开发应用、教学和实验不能仅仅围绕DSP处理器来进行就可以了。 事实上，在DSP领域，除了普通的DSP处理器以外，利用FPGA来实现DSP系统已十分普遍。 而且在许多诸如实时图象处理、联合战术无线电通信系统、3G移动通信基站、实时工控系统、卫星导航设备等领域中，FPGA的DSP解决方案已成为非此莫属的选择了！ 1.2 可编程器件的演进 从1947年第一个晶体管诞生，为信息革命奠定了物质基础。 自1958年通用集成电路(逻辑器件)的产生，开启数字电路设计新纪元。逻辑器件是与、或、非门（74LS00，74LS04等），在此基础上可实现复杂的时序和组合逻辑功能。 人们设计出很多中、小规模器件，如编码器（74LS148）、译码器（74LS154）、比较器（74LS85）、计数器（74LS193）和移位寄存器（74LS194）等等。 基于的TTL逻辑设计 分立的芯片实现逻辑功能; - NAND,OR,复用器,触发器等. 通常由成本和可用的器件来决定设计的选择; 基于的TTL逻辑设计 基于的TTL逻辑设计 基于的TTL逻辑设计 1.2 可编程器件的演进 采用中小规模器件的局限 电路板面积很大，芯片数量很多，功耗很大，可靠性低。 设计比较困难。 电路修改很麻烦。 设计方法的局限 卡诺图只适用于输入比较少的函数的化简。 采用“搭积木”的方法进行设计。必须熟悉各种中小规模芯片的使用方法，从中挑选最合适的器件，缺乏灵活性。 设计系统所需要的芯片种类多，且数量很大。 1.2 可编程器件的演进 专用集成电路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)是专门为某一应用领域或特定用户需要而设计、制造的电路，