FPGA的基本原理(详细+入门)讲义.ppt

FPGA的基本原理 一、???什么是FPGA? 二、???FPGA的内部结构 三、???FPGA内部逻辑模块结构 四、???FPGA内部I/O模块结构 五、???FPGA内部布线资源 六、???FPGA内部编程单元 七、???PGA的工作速度与速度等级 八、???FPGA内部逻辑模块数及触发器数 九、??? FPGA内部的时钟网络 十、??? FPGA的集成度 十一、FPGA的封装 十二、FPGA的功耗 十三、FPGA的利用率 十四、FPGA中的RAM 十五、FPGA的JTAG接口 十六、FPGA的设计安全性 十七、? FPGA的设计流程 十八、? FPGA的选用 一、什么是FPGA? （一）、 什么是PLD？ l??? PLD 即Programmable Logic Device，称为可编程逻辑器件。按照制造工艺、编程方式、结构、规模的不同可分为PAL、GAL、EPLD、CPLD等不同种类。 l??PAL 即 Programmable array logic，是70年代末80年代初由Monolithic Memories Inc。（现为AMD的一部分）首先推出。它是一种熔丝可编程的器件，采用双极性工艺生产，可用来把几片分立的TTL电路集成到一片PAL中。PAL是一次性编程的可编程逻辑器件。 l GAL 即 Generic Array Logic，是一种采用CMOS工艺生产的可编程逻辑器件，在结构上和PAL相似，可用来代替PAL。GAL是一种可重复编程的器件。 l?EPLD即可擦除的可编程逻辑器件，包括UV可擦除PLD和电可擦除PLD，EPLD在结构上增加输出宏单元的数目及提供更大的与阵列。 l???SPLD即Simple-PLD：它包括PAL、GAL和EPLD。 l???CPLD即Complex-PLD：它是在SPLD的基础上发展起来的，是由逻辑阵列块、可编程连线阵列和I/O模块组成。规模一般比SPLD大，结构一般较复杂。 （二）、? 什么是FPGA？ FPGA是英语（Field programmable Gate Array）的缩写，即现场可编程门阵。它的结构类似于掩膜可编程门阵（MPGA），由可编程逻辑功能块和可编程I/O模块排成阵列组成，并由可编程的内部连线连接这些逻辑功能块和I/O模块来实现不同的设计。 1、FPGA与MPGA的区别： MPGA利用集成电路制造过程进行编程来形成金属互连，而FPGA利用可编程的电子开关实现逻辑功能和互连。 2、FPGA与CPLD的区别： 1)?? 结构不同：FPGA是由可编程的逻辑模块、可编程的分段互连线和I/O模块组成，而CPLD是由逻辑阵列块、可编程连线阵列和I/O模块组成。 2)???CPLD延时可预测（Predictable），FPGA的延时与布局布线情况有关。 3)??? CPLD 组合逻辑多而触发器较少，而FPGA触发器多。 （三）、?? FPGA的分类 1、? 按可编程逻辑模块大小分： l???细粒度型（fine-grain）：内部可编程模块较小的FPGA，如Actel公司的FPGA。 l????粗粒度型（coarse-grain）：内部可编程模块较大的FPGA，如Xilinx公司的FPGA。 2、? 按可编程逻辑模块结构分： l?多路开关型FPGA：可编程逻辑模块实现组合逻辑是用多路开关实现的。 l??RAM查找表型FPGA：可编程逻辑模块实现组合逻辑是用RAM查找表实现的。 3、? 按可编程单元分： l?????? 基于RAM的FPGA 这种类型的FPGA一般采用RAM查找表实现逻辑功能，而采用RAM单元控制的电子开关作为编程单元，由于FPGA的功能取决于RAM中的内容，所以改变RAM中的内容就可改变FPGA的电路功能，这种类型的FPGA可实现系统内可重复编程（In-system reprogrammability） l 逆熔丝型的FPGA 这种类型的FPGA的编程单元采用逆容丝，由于逆容丝体积非常小，所以这种类型的FPGA必威体育官网网址性非常好。 l? FLASH型FPGA 这种类型的FPGA的编程单元采用FLASH存储器作为电子开关的控制单元，所以采用这种编程单元的FPGA既具有系统内可重复编程性，又具有非易失性（Non-volatility）。 4、? 按可重复编程性分： l???? 一次性编程的FPGA： 这种FPGA只能编程一次，如逆熔丝型FPGA就是一次性编程的FPGA。 l?????? 可重复编程的FPGA：这种FPGA可以反复编程，如基于RAM的FPGA和FLASH型FPGA都可反复编程。 （四）