FPGA助力嵌入式开发说课.ppt

FPGA助力嵌入式开发李凡教授级高工北京至芯科技硅谷传奇：电子硬件的发展与需求计算机技术的发展信息技术的发展材料技术的发展通信技术的发展生物化学技术的发展基础理论的发展电子硬件的发展和需求电子硬件发展历史：ASIC和FPGA1904年电子管时代1947年晶体管时代1958年集成电路时代今天超大规模集成电路时代ASIC和FPGA电子硬件发展历史：ASIC的发展和瓶颈集成电路ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）为特定目的而生产研发的集成电路。大部分的集成电路芯片都是ASIC类型。通用集成电路UIC专用集成电路ASIC电子硬件发展历史：ASIC的发展和瓶颈ASIC的优点：包含成熟的数学模型经过验证易于大规模生产ASIC的缺点：生产成本高研发周朝长变更困难电子硬件发展历史：可编程逻辑器件由于ASIC的高成本，长周期的瓶颈，市场需要一种可编程逻辑的设备首先使用的是一种基于ROM的组合逻辑（ROM-BasedCombinationalLogic）。比较器ABABABA=BROMABABABA=B000000011000101020010010300110104010010050101001601100107011101081000100910011001010100011110110101211001001311011001411101001511110014-to-16译码器ROM-BasedA0A1B0B1ABABA=B例：一个2比特的比较器电子硬件发展历史：可编程逻辑硬件ROM-BasedCombinationalLogic优点：与逻辑函数相对应快速实现需要的逻辑操作简便，无平台要求ROM-BasedCombinationalLogic缺点：工作速度慢无法实现时序逻辑无法实现大规模逻辑功耗大，资源浪费电子硬件发展历史：可编程逻辑硬件1978年，MMI(MonolithicMemoriesInc)的约翰博肯（JohnBirkner）和H.T.Chua发明第一个可编程逻辑阵列PLA（ProgrammedLogicArray）电子硬件发展历史：PLA工作原理例：半加器逻辑用PLD的实现Half_AdderXYSUMCC=XandY=XYSUM=XxorY=XY+XYPLD工作原理：由于任何组合逻辑都可以描述成逻辑函数的SOP乘积项（积之和，SumofProduct)，理论上就可以用可编程的与或阵列进行实现。F1=CF0=SUMA0=XA1=Y F1=A0A1=XY=CF0=A0A1+A0A1=XY+XY=SUM电子硬件发展历史：PLA的优缺点优点：工作速度得到提高可方便的形成任意逻辑基于PROM结构易于生产缺点：一次性编程OTPOne-TimeProgrammable编程规模小由与或结构+触发器构成时序逻辑工作速度仍需要提高电子硬件发展历史：通用逻辑阵列GLA的出现1984年，位于美国俄勒冈州的莱迪思半导体公司（Lattice）在PAL的基础上，主要就编程问题进行了改革，研发并推出了一种可以反复擦除的可编程器件，称之为通用逻辑阵列GAL（GenericArrayLogic）PLDOTPGALIn-CircuitProgrammableIn-SystemProgrammable电子硬件发展历史：复杂通用逻辑阵列CPLD尽管GAL取得性能的提高，但依据PROM架构无法实现更大规模的逻辑实现。20世纪80年代中期，不仅莱迪思公司，世界上许多优秀的工程师和企业家发现了这个研究方向和它的巨大商机。这也就酝酿和诞生了作为80后骄傲的两个伟人：Altera和Xilinx的传奇故事。随后由莱迪思首先推出的称之为复杂通用逻辑阵列CPLD的器件。CPLD已经具有现代FPGA器件的基础雏形：PLDGAL设计规模为数百逻辑门可编程逻辑宏单元MC复杂的I/O单元互连全铜层等长连接线电路延迟时间预知ComplexProgrammableLogicDevice由PLD和GAL发展大规模逻辑阵列器件的思考，激发了两个新公司的诞生：电子硬件发展历史：80时代—理想和希望1983年，美国硅谷成了了一家新公司：Altera，其研究团队和工程师有来自PLD和GAL研究领域的专家，带着研发新一代可编程器件的梦想和希望，开始了人类进步历史上重要的一步。电子硬件发展历史：80年代—理想和希望1984年，美国硅谷的二个工程师：伯尼.冯德斯克米特（BernieVonderschmitt），罗斯.费里曼（RossFreeman）和营销主管吉姆.巴奈特（JimBarnett）也做了同样的一个梦：研发新一代的可编程器件，随后，在硅谷圣何塞（SanJose）,Xilinx公司成立，与Altera一起，开始了FPGA的传奇。电子硬件发展历史：80年代