第十章可编程逻辑器件-2.pptVIP

第十章 可编程逻辑器件 FPGA的工作方式特点 FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，需要对片内的RAM进行编程。 　　加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、或PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需修改EPROM内的数据即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。 FPGA配置模式 1.并行主模式：为一片FPGA加一片EPROM的方式； 2.主从模式：可以支持一片PROM编程多片FPGA； 3.串行模式：可以采用串行PROM编程FPGA； 4.外设模式: 可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。 FPGA主要生产厂商 1、Altera 2、Xilinx 3、Actel 4、Lattice 其中Altera作为世界老牌可编程逻辑器件的厂家，是当前世界范围内市场占有率最大的厂家，它和Xilinx主要生产一般用途FPGA，其主要产品采用RAM工艺。 Actel主要提供非易失性FPGA，产品主要基于反熔丝工艺和FLASH工艺。 * 章目录 10.8 现场可编程门阵列FPGA 一、FPGA的基本结构 二、CLB和IOB 1.XC2000系列的CLB (1) 组合逻辑电路 (2) 存储电路 (3) 控制电路 2.XC2000系列的IOB 三、IR 1.金属线 2.开关矩阵(SM：Switching Matrices) 3.可编程连接点(PIP：Programmable Interconnect Points) 作业 10.8 现场可编程门阵列FPGA 一、FPGA的基本结构 1.CLB(Configurable Logic Block)：可配置的逻辑功能块，分布于芯片中央，实现规模不大的组合、时序电路。 2.IOB(Input/Output Block):输入输出功能块，分布于芯片内部四周，实现内部逻辑电路与芯片外部引脚的连接，每个IOB控制一个封装管脚。 3.IR（Interconnection Resource) ： 互联资源，包括不同类型的金属线、可编程的开关矩阵、可编程的连接点，用于连接各CLB,CLB与IOB。 节目录 标题区 4.SRAM: 存放编程数据。 图 10.8.2 FPGA内SRAM单元 Q Q T 读/写 数据 编程 信号 节目录 标题区 二、CLB和IOB 1.XC2000系列的CLB (1) 组合逻辑电路 ①触发方式（电平，边沿可编程） ②激励信号 可编程 ③时钟信号 CLK(同步)，或C、G(异步)可编程。 (2) 存储电路（D触发器） (3) 控制电路 几种电路组态； 实现方法举例 节目录 标题区 2.XC2000系列的IOB 图10.8.6 XC2000系列的IOB 节目录 标题区 片内 三、IR 1.金属线 (1)通用互连( General-Purpose Interconnect ) (2)直接互连(Direct Interconnect) (3)长线(Long Line) 2.开关矩阵(SM：Switching Matrices) 3.可编程连接点(PIP：Programmable Interconnect Points) 节目录 标题区 作业题 10.2 10.9 10.11 10.14 标题区 　　　FPGA是现场可编程门阵列（ Field Programmable Gate Array ）的简称，80年代中期由美国Xilinx（赛灵思）公司首先推出，是一种大规模可编程数字集成电路器件．利用它用户借助计算机可自行设计自己需要的专用集成电路芯片，可在计算机上进行功能仿真和实时仿真，发现问题，可随时调整电路，改进设计方案．　 图 10.8.1 FPGA的基本结构框图 图10.8.3 XC2000系列的CLB电路 四变量的任意函数 F G A B C D Q (a) 四变量任意函数 (b) 2个三变量任意函数 三变量的任意函数 F G A B C D Q 三变量的任意函数 A B C D Q 图10.8.4 CLB中组合逻辑电路的3种组态 (c) 五变量任意函数 三变量的任意函数 F G A B C D Q 三变量的任意函数 A C D Q M U X 五变量：A,B,C,D,Q 例 用查询表方式实现2输入(A、B)，2输出(G、F)的组合逻辑电路。 图10.8.5