EDA技术知识项目六用硬件描述语言设计可编程逻辑器件.pptxVIP

项目导读到20世纪80年代， 计算机辅助设计技术在硬件电路设计中才得到普及与应用。 在开始阶段， 仅仅是利用计算机软件来实现印制电路版的布线， 随着大规模专用集成电路需求的不断增加， 为了提高开发和研制的效率， 增加已有开发成果的可继承性以及缩短开发时间， 各ASIC研制和生产厂家相继开发了用于各自目的的硬件描述语言。在EDA建模和实现技术中， 用硬件描述语言对电子线路的表达和设计是最基本和最重要的方法， 因此硬件描述语言的学习在掌握EDA技术中具有十分重要的地位。 硬件描述语言比电路任务6.1介绍可编程逻辑器件任务6.2硬件描述语言语法及结构用硬件描述语言设计可编程逻辑器件06任务浏览知识目标能力目标1. 了解可编程逻辑器件。2. 理解硬件描述语言基本结构。3. 掌握硬件描述语言要素。4. 掌握硬件描述语言基本描述语句。5. 掌握硬件描述语言子程序、 程序包和配置。1. 会选用可编程逻辑器件。2. 掌握并会使用硬件描述语言设计数字电路系统。任务6.1 介绍可编程逻辑器件6.1.1 可编程逻辑器件的发展历程当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的社会。数字集成电路本身在不断地更新换代，由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路发展到超大规模集成电路以及许多具有特定功能的专用集成电路。但是，随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担，系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路（ASIC）芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，在此需求推动下出现了现场可编程逻辑器件（FPLD），其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）。早期的可编程逻辑器件只有可编程只读存储器（PROM）、紫外线可擦除只读存储器（EPROM）和电可擦除只读存储器（EEPROM）三种。由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。其后，出现了一类结构上稍复杂的可编程芯片，即简单的可编程逻辑器件（PLD），它能够完成多种数字逻辑功能。，其结构如图6-1所示。这一阶段的产品主要有PAL（可编程阵列逻辑）和GAL（通用阵列逻辑）。PAL由一个可编程的“与”平面和一个固定的“或”平面构成，“或”门的输出可以通过触发器有选择地被置为寄存状态。PAL器件是现场可编程的，它的实现工艺有反熔丝技术、EPROM技术和EEPROM技术。还有一类结构更为灵活的逻辑器件是可编程逻辑阵列（PLA），它也由一个“与”平面和一个“或”平面构成，但是这两个平面的连接关系是可编程的。6.1.2 PLD的表示方法1.连接方式门阵列的每个交叉点称为“单元”，单元的连接方式共有三种情况:（1）硬线连接。硬线连接是固定的连接，不可以编程改变,如图6-2(a)所示。（2）可编程接通单元。它依靠用户编程来实现接通连接,如图6-2(b)所示。（3）可编程断开单元。编程实现断开状态，这种单元又称为可编程擦除单元,如图6-2(c)所示。2.基本门电路的表示方式PLD中的基本门电路符号如图6-3所示。图6-3（a）为与门；图6-3（b）为或门；图6-3（c）为输出恒等于0的与门及其简化表示形式；图6-3（d）中与门的所有输入均不接通，保持“悬浮”的状态；图6-3（e）为具有互补输出的输入缓冲器；图6-3（f）为三态输出缓冲器。6.1.3可编程逻辑器件原理目前，应用最广泛的PLD主要是复杂可编程器件CPLD（Complex Programmable Logic Device）和现场可编程门阵列FPGA（Field Programmable Gate Array），它们的使用方法基本一致，但规模和结构有较大的区别，内部结构的差异导致了它们在功能与性能上的差异。1.基于乘积项（Product.Term）的PLD结构采用这种结构的PLD芯片有：ALTERA公司的MAX7000、MAX3000系列（EEPROM工艺），Xilinx公司的XC9500系列（Flash工艺）和Lattice及Cypress公司的大部分产品（EEPROM工艺）。这种PLD的内部结构（以MAX7000为例，其他型号的结构与此相似）如图6-4所示。3.基于查找表（LookUpTable）的原理与结构基于查找表的PLD芯片也称为FPGA，如ALTERA的ACEX、APEX系列，Xilinx的Spartan、Virtex系列等。查找表（LookUpTable）简称为LUT，其本质就是一个RAM。目前FPGA中多使用4输入的LUT，所以每一个LUT可以看成一个有4位地址线的16×1的RAM。在用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑电路以后，CPLD/FPGA开发软件会自动计算逻辑电路所有可能的结果，并把