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第二章 PLD硬件特性与编程技术PLD概述与分类PLD工作原理FPGA工作原理硬件测试技术CPLD/FPGA的编程与配置主要内容PLD概述与分类（什么是PLD？）Programmable Logic Devices（可编程逻辑器件）设计一个数字电路系统，最终都可用“与-或”表达式表示该系统的电路结构 基本PLD器件的原理结构图按工艺分熔丝：一次编程反熔丝：一次编程EPROM：紫外线擦除，多次编程EEPROM：电擦写多次编程SRAM：查找表结构，多次编程，掉电丢失FLASH：多次编程，掉电不丢失按内部结构分按集成度分乘积项结构器件：大部分PLD和 CPLD查找表结构器件：大部分FPGA简单PLD：PROM、PLA、PAL、GAL复杂PLD:CPLD、FPGAPLD分类PLD编程原理及其结构发展电路符号PROMPLD的编程阵列及缺点缺点：与阵列固定，全译码器在输入变量增多时，工作效率低下。不存在寄存器单元，只能完成组合逻辑电路PLA的结构及其对PLD的改进对PLD的改进： 与或阵列均可编程，利用率提高新的不足： 与或阵列均可编程，造成编程算法的复杂依然没有解决的不足： 不能实现时序逻辑PAL的结构及其对PLA的改进对PLA的改进：1、与阵列可编程，或阵列不可编程，效率提高，算法简单。2、在逻辑阵列后加入了存储单元电路，能够实现时序逻辑电路。GAL（主要是在PLD工艺上的改进）在工艺上的改进：PROMPLA采用熔丝型工艺，一次可编程PALGAL采用EEPROM工艺，可多次编程在结构上的改进：对I/O接口做了改进，实现多种输入输出逻辑CPLD的结构和工作原理CPLD内部结构：LAB（逻辑阵列块） 实现基本的逻辑功能PIA（可编程连线） 编程连线和信号传递I/O控制模块 输入输出控制LAB内部结构一个LAB由16个宏单元组成每个宏单元相当于一个简单的PLD器件，包括3个功能模块： 逻辑阵列：相当于与阵列，产生乘积项 乘积项选择矩阵：相当于或阵列，选择相应的乘 积项到或门或异或门 可编程寄存器：用以实现时序逻辑电路FPGA的结构和工作原理（查找表结构）LAB、I/O块、RAM块 可编程行/列连线 一个LAB包括8个逻辑单元（LE）LE是实现逻辑的最基本结构 LE的内部结构LE的内部结构每个LE包括一个LUT（Look Up Table），一个触发器和相关的相关逻辑。LUT结构和原理：RAM中事先写好了 所有可能的逻辑对 应的输出结果四个输入作为地址 连线到LUT，通过 地址查找相应的结 果数据输出查找表结构查找表结构中，在FPGA器件中下载电路结构时，存放的不是电路的结构图，而是通过电路的结构图，生成的一个输入输出逻辑对应表。YA0000000011111111B0000111100001111C0011001100110011D0101010101010101Y0000001000100010多输出的处理办法将一个4输入1输出的查找表 分为两个3输入1输出的表格 来存放。CPLD与FPGA的不同 基于SRAM结构，集成度高 内嵌Memory，DSP ，更适合时序电路FPGA延时不可测 编程更灵活 功耗小 基于EEPROM工艺，集成度低 更适合各种算法和组合逻辑电路CPLD延时可测 速度更快 必威体育官网网址性好硬件测试JTAG边界扫描测试：主要用于测试外部引脚连线，也可以捕获内部信号内部逻辑测试：可测性设计（Design For Test ，DFT）主要用于芯片内部逻辑测试（内部寄存器）硬件测试技术CPLD/FPGA编程与配置什么是编程配置？将已经设计好的硬件电路的网表文件通过编程器或编程电缆下载到CPLD/FGPA器件中，形成真正的硬件电路的过程编程配置的方法：JTAG方式的在系统编程（CPLD）使用PC并行口配置FPGA（FPGA）FPGA/CPLD产品概述生产FPGA/CPLD的公司主要有：LatticeXilinxAlteraActelLattice最早推出PLD的公司，发明了ISP技术以中小规模PLD为特色开发工具略逊一筹主要产品： ispMACH4000系列CPLD EC,EP系列FPGAXilinxFPGA发明者，最大的提供商之一与Altera公司匹敌，共同占据了可编程逻辑器件60%以上的市场以欧美用户居多主要产品： Virtex-4系列FPGA Spartan II Spartan-3 Spartan 3E系列FPGA XC9500C9500XL系列CPLDAltera著名PLD生产商，占据行业领先地位高性价比，高集成度，强大的开发工具，丰富的IP，在九十年代后迅速崛起的商家以日本和亚太用户居多主要产品： Stratix II系列FPGA ACEX系列FPGA MAX，MAX II系列CPLD Cyclone， Cyclone