1、（ 一 ） 数 字 电 子 系 统 ： 简 称 为 数 字 系 统 。 是 可 以 完 成 某 种 （ 或多 种 ） 特 定 的 、 功 能 不 单 一 的 一 种 电 子 系 统 。 一 般 应 包 含 某 种控 制 器 及 受 控 单 元 。 数 字 器 件 ： 即 数 字 ic芯 片 。 是 构 成 数 字 系 统的 基 本 部 件 ， 是 数 字 系 统 的 “元 素 ”或 “细 胞 ”主 要 区 别 ： 看 其 是 否 具有 控 制 和 受 控 单 元 。 soc 和 sopc： 在 单 一 半 导 体 芯 片 上 设 计 、制 造 百 万 个 以 上 的 晶 体 管 ， 这 种 高
2、 集 成 度 的ic芯 片 具 备 一 个 数 字系 统 的 全 部 特 性 与 功 能 ， 即 为 “单 片 系 统 ”（ soc system on a chip） 和 sopc单 片 系 统 集 成 度 高 、 低 功 耗 、 功 能 强 大 、 工 作 可 靠构建 数 字 系 统 的 方 法 以 及 他 们 的 特 点 ：1.标 准 化 的 中 、 小 规 模 数 字集 成 电 路 特 点 ： 简 单 易 用 、 价 格 低 廉 ， 应 用 广 泛 ， 集 成 度 较 低 ，功 能 受 限 。 系 统 构 成 复 杂 、 功 耗 高 、 可 靠 性 偏 低 。 2.基 于 lsi或 v
3、lsi的 微 处 理 器 特 点 cpu、 mcu、 dsp依 靠 执 行 指 令 （ 软 件 ） 可 以 方便 的 实 现 几 乎 任 意 的 数 字 逻 辑 功 能 ， 其 应 用 灵 活 性 极 强 。3.基 于 lsi或 vlsi的 专 用 集 成 电 路 asic asic(application specific integrated circuits )是 一 种 为 完 成 某 种 特 定 的 电 路 功 能 而 专 门 设 计 、 生 产 的ic器 件 。 特 点 ： 需 要 专 门 设 计 /定 制 ， 大 规 模 集 成 。 性 能 强 、 功 耗低 、 工 作 可 靠
4、性 高 、 保 密 性 高 、 大 批 量 应 用 时 成 本 也 较 低 ； 功能 专 一 且 不 能 改 变 。 总 之 ， 使 用asic进 行 数 字 系 统 设 计 需 要 较 高的 开 发 费 用 、 设 计 与 制 造 周 期 也 较 长 。 所 以asic只 适 合 在 大 批 量工 业 应 用 的 场 合 中 使 用 。 4.基 于 lsi/vlsi的 可 编 程 逻 辑 器 件 pld特 点 ：由 用 户 自 定 义 器 件 的 功 能 、 大 规 模 集 成 。 设 计 周 期 短 、 设 计 风险 低 、 应 用 灵 活 、 系 统 功 能 强 大 、 功 耗 低用 p
5、ld来 进 行 数 字 系 统 的开 发 与 设 计 已 成 为 现 代 电 子 设 计 的 一 种 方 向 与 潮 流 。可 编 程 逻 辑器 件 pld（ 什 么 是 pld、 为 什 么 会 发 展 pld、 pld器 件 的 优 点 、 pld的 发展 趋 势 ） ； 可 编 程 逻 辑 器 件 （ pld programmable logic device）是 一 种 通 用 的 电 子 器 件 ， 其 功 能 不 是 固 定 不 变 的 ， 而 是 可 根 据用 户 的 需 要 而 进 行 改 变 ， 即 ： 可 通 过 编 程 设 计 的 方 法 来 定 义 器件 的 逻 辑 功
6、 能 . 出 现 的 背 景 原 因 （ 1） 传 统 设 计 方 法 的 局 限 （ 不宜 设 计 复 杂 数 字 系 统 ） 中 小 规 模 器 件 ： 面 积 大 ， 芯 片 多 ， 功耗 大 ， 可 靠 性 低 微 处 理 器 系 统 ： 需 要 一 定 的 数 字 接 口 器 件 相配 合 才 能 有 效 工 作 ； 工 作 速 度 相 对 较 慢 ， 在 一 些 需 要 高 速 、 实时 工 作 的 应 用 场 合 受 到 一 定 的 限 制 。 专 用 asic数 字 系 统 ： 开 发费 用 高 、 设 计 与 制 造 周 期 长 。 计 算 机 技 术 的 发 展 使 eda
7、技 术 得 到广 泛 应 用 设 计 方 法 的 发 展 自 上 而 下 的 设 计 方 法 已 得 到 了 成熟 应 用 。 用 pld开 发 周 期 短 ， 投 入 小 ， 风 险 小 。 pld可 以 替 代多 至 几 千 块 通 用 ic芯 片 ， 极 大 减 小 电 路 的 面 积 ， 降 低 功 耗 ， 提高 可 靠 性 。 优 点 ： pld集 成 度 高 ， 可 以 替 代 多 至 几 千 块 通 用ic芯 片极 大 减 小 电 路 的 面 积 ， 降 低 功 耗 ， 提 高 可 靠 性cad技 术 的 发 展 提供 了 完 善 先 进 的 eda开 发 工 具 提 供 语 言
8、 、 图 形 、 波 形 等 设 计 方 法 ，灵 活 、 方 便 通 过 仿 真 工 具 来 验 证 设 计 的 正 确 性 ， 提 高 设 计 的 成功 率 。 可 以 反 复 地 擦 除 、 编 程 配 置 ， 方 便 进 行 设 计 修 改 和 升 级 。灵 活 地 定 义 管 脚 功 能 ， 简 化 应 用 。 减 轻 设 计 工 作 量 ， 缩 短 系 统开 发 时 间 。 保 密 性 好 。 发 展 趋 势 ： （ p intelligence property 指 设 计 、 生 产 集 成 芯 片 的 硬 件 和 软 件 工 具 与 方 法 ） 高 集 成 度 、高 速 度
9、方 向 进 一 步 发 展 ， sopc方 向 发 展 ， 向 低 电 压 和 低 功 耗 方向 发 展 ， 嵌 多 种 功 能 模 块 ， 向 数 、 模 混 合 可 编 程 方 向 发 展 ，ip内 核得 到 不 断 发 展 。 pld与 mcu的 区 别 ； mcu是 通 过 软 件 （ 指 令 ） 来实 现 预 期 的 功 能 ； pld是 通 过 内 部 硬 件 布 线 、 以 硬 件 来 实 现 预 期的 功 能 。 所 以 pld完 成 逻 辑 功 能 的 工 作 速 度 比 mcu要 快 得 多 。 eda技术 ： eda是 以 电 子 计 算 机 为 设 计 工 具 和 设
10、计 平 台 、 以 电 子 线 路硬 件 描 述 语 言 hdl为 主 要 系 统 描 述 手 段 ， 综 合 现 代cad（ 计 算 机 辅助 设 计 ） 、 cat（ 计 算 机 辅 助 测 试 ）、 cae（ 计 算 机 辅 助 工 程 ） 技 术 ，自 动 、 高 速 的 完 成 系 统 电 路 逻 辑 编 译 、 逻 辑 化 简 、 逻 辑 综 合 、逻 辑 仿 真 、 逻 辑 优 化 直 至 逻 辑 芯 片 版 图 实 现 ， 是 一 种 自 动 化 电子 系 统 与 ic设 计 的 技 术 和 设 计 工 具 。 electronic design automation主 要 进
11、 行 4方 面 ： 1、 电 子 线 路 设 计 ; 2、 pcb设 计 ; 3、 ic设 计 ; 4、 pld设 计 。 用 eda开 发 pld时 的 设 计 输 入 、 设 计 处 理 、 设 计 验 证包 含 哪 些 内 容 。 设 计 输 入 ： 1原 理 图 输 入 ， 使 用 元 件 符 号 和 连 线等 描 述 比 较 直 观 ， 但 设 计 大 规 模 的 数 字 系 统 时 则 显 得 繁 琐2， hdl语言 输 入 ， 逻 辑 描 述 功 能 强 成 为 国 际 标 准 ， 便 于 移 植3波 形 输 入 ， 根据 系 统 信 号 的 波 形 ， 得 出 产 生 这 些
12、波 形 的 电 路4状 态 图 输 入 .根 据 系统 状 态 图 ， 得 出 产 生 满 足 状 态 图 要 求 的 电 路 ； ； 设 计 处 理 ：1优 化和 综 合 优 化 ： 将 逻 辑 化 简 ， 减 少 设 计 所 耗 用 的 资 源 综合 ： 将 模 块 化 层 次 化 设 计 的 多 个 文 件 合 并 为 一 个 网 表 ， 使 设 计层 次 平 面 化 。； 2映 射 把 设 计 分 为 多 个 适 合 特 定 器 件 内 部 逻辑 资 源 实 现 的 逻 辑 小 块 的 形 式 .3布 局 与 布 线 将 已 分 割 的 逻 辑小 块 放 到 器 件 内 部 逻 辑 资
13、 源 的 具 体 位 置 并 利 用 布 线 资 源 完 成 各功 能 块 之 间 的 连 接 ； 4生 成 编 程 文 件 生 成 可 供 器 件 编 程 使 用的 数 据 文 件 ； 设 计 验 证 ： 1功 能 仿 真 不 考 虑 信 号 传 输 延 时和 器 件 延 时 ， 得 到 信 号 的 逻 辑 关 系 波 形 。2时 序 仿 真 考 虑 信号 传 输 和 器 件 的 延 时 后 ， 得 到 信 号 的 真 实 时 序 逻 辑 关 系 （ 波 形 ）。 3在 线 验 证 利 用 实 现 手 段 测 试 器 件 最 终 功 能 和 性 能 指 标 使 所 设 计 的 器 件 真 正
14、 在 板 运 行 ， 测 试 运 行 结 果 是 否 正 确 。prom ： prom的 与 阵 列 为 全 译 码 阵 列 ， 器 件 的 规 模 将 随 着 输 入 信 号 数 量n的 增 加 成 2n指 数 级 增 长 。 因 此 prom一 般 只 用 于 数 据 存 储 器 ，不 适 于 实 现 逻 辑 函 数 。 prom的 或 阵 列 为 可 编 程 的 阵 列 ， 用 来 选取 需 要 的 最 小 项 。 eprom和 e2prom的 结 构 与 prom相 同 ， 只 是这 两 者 可 以 进 行 多 次 编 程 使 用 。 从 以 上 例 子 中 可 看 出 ， 用prom
15、可以 很 方 便 的 输 出 组 合 逻 辑 函 数 。 从 组 合 逻 辑 电 路 的 角 度 来 看 ，电 路 的 输 入 变 量 就 是 prom的 输 入 地 址 信 号 ， 电 路 的 输 出 函 数 就 是prom中 存 储 的 数 据 。 -查 表 法 （ 二 ） 人 们 通 常 称 与 阵 列 的 输 出 线 为 字 线 ， 或 阵 列 的 输 出 线 为位 字 ； 组 合 逻 辑 基 础 上 加 上 存 储 电 路 和 内 部 反 馈 及 可 得 时 序 电 路阵 列 型 简 单 pld 器 件 的 种 类 及 结 构 组 成 ： 表 2、 现 代 pld 使 用 的内 部
16、编 程 元 件 种 类 ； 一 次 性 编 程 的 熔 丝(fuse)或 反 熔 丝 (antifuse)开 关 ； 基 于 浮 栅 技 术 的 存 储 器 。 包 括 紫 外 线 电 擦 除 和 电 擦 除 的eprom、 e2prom 与 flash memory(闪 速 存 储 器 ， 简 称 为 闪 存 )； 允 许 无 限 次 编 程 使 用 的 静 态 存 储 器 sram。 pal 器 件 结 构 ： 在 简 单pld 中 ,pla 的 内 部 结 构 灵 活 性 最 高 ， 是 一 种 与 阵 列 可 编 程 、 或阵 列 固 定 的 器 件 。 与 阵 列 可 编 程 使 输
17、 入 项 增 多 ， 或 阵 列 固 定使 器 件 简 化 。 输 出 类 型 ： 专 用 输 出 基 本 门 阵 列 结 构 输 出 ， 是 与或 门 或 者 是 互 补 输 出 的 与 或 门 ； 可 控 极 性 输 出 ， 结 构 通 过 对异 或 门 的 一 个 输 入 端 进 行 编 程 控 制 （ 置 0 或 置 1） ， 可 以 从 该 异或 门 的 输 出 端 得 到 原 变 量 或 反 变 量 的 输 出,也 就 达 到 了 控 制 输 出极 性 的 目 的 ； 可 编 程 输 入 /输 出 结 构 (简 称 可 编 程 i/0 结 构 )输 出 端是 一 个 带 有 可 编
18、 程 控 制 端 的 三 态 缓 冲 器 。 控 制 端 由 与 逻 辑 阵列 的 一 个 乘 积 项 控 制 ， 同 时 三 态 缓 冲 器 的 输 出 端 又 经 过 一 个互 补 输 出 的 缓 冲 器 反 馈 到 与 逻 辑 阵 列 上 ； 寄 存 器 输 出 结 构 在输 出 三 态 缓 冲 器 与 或 阵 列 的 输 出 之 间 串 进 了 由d 触 发 器 组 成 的 数据 寄 存 器 。 同 时 ， d 触 发 器 的 /q 端 又 经 过 互 补 输 出 的 缓 冲 器 反馈 到 了 与 逻 辑 阵 列 的 输 入 端 。 pal 器 件 的 命 名 规 则 ： pal 表
19、示熔 丝 型 可 编 程 阵 列 逻 辑 系 列 器 件 16 表 示 输 入 变 量 数 l 表 示输 出 形 式 。 l=低 电 平 有 效 输 出 ； c=互 补 输 出 ； r=寄 存 器 输 出 ; a=算术 寄 存 器 输 出 ;x=异 或 寄 存 器 输 出 。 8 输 出 数 2 速 度 /功 率 。a=高 速 ； 2 1/2 瓦 ； 4 1/4 瓦 c 温 度 范 围 。 c=0 +75 ; m=-75 +125 j 封 装 。 n=塑 料 dip 封 装 ;j=陶 瓷 dip 封 装 ; f=扁 平封 装 pal 器 件 的 引 脚 数 量 主 要 有 20 脚 和 24
20、脚 。 对 于 20 脚 pal，其 10 号 引 脚 接 地 ， 20 号 引 脚 接 正 5v； 对 于 24 脚 pal， 其 12 号引 脚 接 地 ， 24 号 引 脚 接 正 5v； 可 见 ， pal 16 l 8.2 c j 就 是最 多 有 16 个 输 入 、 8 个 低 电 平 有 效 输 出 、 功 耗 为 1/2 瓦 、 工 作温 度 范 围 为 0 +75 、 陶 瓷 dip 封 装 、 20 个 引 脚 、 工 作 电 压 为5v 的 与 或 门 阵 列 熔 丝 型 可 编 程 逻 辑 器 件 。gal 与 pal 的 区 别 ： 在于 用 可 编 程 的 输 出
21、 宏 单 元 替 代 固 定 连 列 的 或 阵 列 。 强 化 了 电路 的 输 出 功 能 。 故 能 够 方 便 的 实 现 时 序 逻 辑 电 路 。pal 结 构 ： 是一 种 与 阵 列 可 编 程 、 或 阵 列 固 定 的 器 件 。gal 的 基 本 结 构 与 pal 相同 ， 也 是 是 一 种 与 阵 列 可 编 程 、 或 阵 列 固 定 的 器 件 。 但 它 与pal不 同 之 处 在 于 其 输 出 端 设 置 了 可 编 程 的 输 出 逻 辑 宏 单 元 ， 通过 编 程 写 入 用 户 可 将 其 设 置 为 不 同 的 工 作 状 态 ， 这 样 一 宗
22、 型 号 的gal 器 件 就 具 备 了 pal 的 全 部 输 出 模 式 及 其 派 生 类 型 ； gal 基 本结 构 特 点 工 作 原 理 gal16v8 的 组 成 的 输 出 逻 辑 宏 单 元 olmc 的 几种 组 态 和 特 点 ： 结 构 ： 有 一 个 3264 位 的 可 编 程 与 逻 辑 阵 列 、 8个 输 入 缓 冲 器 、 8 个 三 态 输 出 缓 冲 器 、 8 个 输 出 反 馈 输 入 缓 冲器 和 、 8 个 输 出 逻 辑 宏 单 元 olmc， 还 有 一 个 输 出 使 能 且 低 电 平有 效 缓 冲 器 oe 和 一 个 时 钟 cl
23、k 输 入 缓 冲 器 ; gal 器 件 的 特 性 通 用 性和 应 用 灵 活 性 较 高 gal 器 件 100 可 编 程 gal 器 件 100 可 测 试 高 速 度 和 低 功 耗 特 点 ： gal 器 件 采 用 了 浮 栅 存 储 e2cmos 工 艺 ，具 有 电 擦 写 反 复 编 程 的 特 性 。 gal 的 基 本 逻 辑 部 分 与 pal 相 同 ， 也是 与 阵 列 可 编 程 、 或 阵 列 固 定 的 pal 结 构 ， 但 它 与 pal 的 不 同 之 处是 在 其 输 出 端 设 置 了 可 编 程 的 输 出 逻 辑 宏 单 元olmc olm
24、c 的 组 成 ：一 个 或 门 异 或 门 ： 控 制 输 出 信 号 的 极 性d 触 发 器 ： 用 于 数 据 存 储 ，适 合 设 计 时 序 电 路 4 个 可 控 多 路 选 择 器 ； 结 构 控 制 字 ：syn。 类 型(a)专 用 输 入 模 式 引 脚 i/o(n)只 能 作 为 输 入 使 用 ， 连 接 到 i/o(n)上 的输 入 信 号 作 用 于 相 邻 的 olmc， 来 自 邻 级 输 出 的 (m)信 号 接 到 与 逻辑 阵 列 的 输 入 上 (b)专 用 组 合 输 出 模 式 输 出 三 态 缓 冲 器 处 于 连 通 (工作 )状 态 ， 异
25、或 门 的 输 出 经 过 输 出 三 态 缓 冲 器 送 到 引 脚 端(c)反 馈 组合 输 入 输 出 模 式 ; 由 第 1 乘 积 项 来 控 制 输 出 三 态 缓 冲 器 的 通 /断 ，且 输 出 信 号 又 反 送 到 逻 辑 阵 列 中 去(d)时 序 电 路 中 的 组 合 输 出 模 这时 gall6v8 构 成 一 个 时 序 逻 辑 电 路 ， 这 个 olmc 是 该 时 序 逻 辑 电 路中 的 组 合 逻 辑 部 分 的 输 出 。 相 邻 的 olmc 中 至 少 会 有 一 个 是 寄 存器 输 出 模 式 。 在 这 种 工 作 模 式 下 ， 异 或
26、门 的 输 出 不 经 过 触 发 器而 直 接 送 到 输 出 端 (e)寄 存 器 输 出 模 式 这 时 异 或 门 的 输 出 连 接 到 触发 器 的 d 输 入 端 ， 触 发 器 的 q 端 经 三 态 缓 冲 器 送 到 输 出 端 ， 同 时/q 端 又 经 过 互 补 输 出 的 缓 冲 器 反 馈 到 了 与 逻 辑 阵 列 的 输 入 端 。输 出 三 态 缓 冲 器 由 外 加 的 oe 信 号 控 制 。 时 钟 信 号 由 引 脚 1 输 入 ，11 号 引 脚 接 三 态 控 制 信 号 。 时 钟 信 号 clk 和 控 制 信 号 是 给 工 作 在寄 存
27、器 输 出 模 式 下 的 那 些 olmc 公 共 使 用 。（ 三 ） cpld(complex programmable logic device复 杂 可 编 程 逻 辑器 件 ) fpga (field programmable gate arry) 现 场 可 编 程 门 阵 列cpld/fpga 的 主 要 特 点 采 用 lsi/vlsi技 术 制 造 ， 高 集 成 度 ； 支 持 各种 组 合 逻 辑 和 时 序 逻 辑 电 路 设 计 ， 甚 至 实 现“片 上 系 统 ”； 可 编 程 改变 芯 片 的 逻 辑 功 能 ， 芯 片 可 重 复 使 用 ， 具 有isp或
28、 icr特 性 ； 有 很 高的 逻 辑 布 线 能 力 ， 可 以 预 测 信 号 延 迟 ， 便 于 使 用 计 算 机 进 行 逻 辑功 能 仿 真 与 时 序 仿 真 ； 有 良 好 的 设 计 加 密 功 能 ， 便 于 保 护 知 识产 权 （ ip） ； 有 强 大 的 eda开 发 工 具 (软 件 )支 持 ， 与 asic设 计 相 比 ，易 学 易 用 ； 研 制 、 开 发 时 间 较 短 ， 费 用 相 对 少 ； 必 须 借 助cpld开 发系 统 ， 才 能 设 计 、 开 发 cpld/fpga系 统 。 spld和 cpld/fpga的 划 分 一般 认 为
29、， 复 杂 可 编 程 逻 辑 器 件 cpld/fpga的 单 片 集 成 度 大 于 1000门 ,而 简 单 可 编 程 逻 辑 器 件 spld的 单 片 集 成 度 小 于 1000门 。 cpld/fpga的 结 构 分 类 对 于 cpld产 品 ， 按 结 构 一 般 可 分 为 ： 基 于 乘 积 项（ product-term） 技 术 、 eeprom（ 或 flash memory） 存 储 工 艺 的cpld， 和 基 于 查 找 表 （ look-up table） 技 术 、 sram存 储 工 艺 的fpga。 1、 cpld属 于 何 种 结 构 ？ 用 那
30、些 基 本 方 法/技 术 研 制 /设 计 出来 的 ？ 属 阵 列 型 结 构 ， 可 编 程 的 与 阵 列 ， 固 定 的 或 阵 列 ， 在gal的基 础 上 发 展 起 来 ， eeprom存 储 单 元 ， 非 易 失 性 器 件 。 2、 fpga属于 何 种 结 构 ？ 用 那 些 基 本 方 法 /技 术 研 制 /设 计 出 来 的 ？ 属 门 阵 列 结构 ， 利 于 lut实 现 逻 辑 功 能 ， 用 sram存 储 编 程 数 据 ， 集 成 度 易 做的 很 高 ， 但 调 电 后 功 能 消 失 ， 是 易 失 性 器 件 。cpld的 基 本 结 构 ：逻
31、辑 宏 单 元 是 pld的 基 本 结 构 ， 由 它 来 实 现 基 本 的 逻 辑 功 能 。 一 般8个 逻 辑 宏 单 元 构 成 一 个 逻 辑 阵 列 块lab； 可 编 程 内 连 线 pi， 负 责 信号 传 递 ， 连 接 所 有 的 逻 辑 宏 单 元 ；i/o 控 制 块 (iob) 负 责 输 入 输 出引 脚 的 电 气 特 性 控 制 ， 比 如 可 以 设 定 集 电 极 开 路 输 出 ， 摆 率 控制 ， 三 态 输 出 等 。 pi的 特 点 在 各 个 逻 辑 宏 单 元 之 间 以 及 逻 辑 宏单 元 与 i/o单 元 之 间 提 供 可 编 程 的
32、 信 号 连 接 网 络 ； 分 为 基 于 阵 列的 内 连 线 和 基 于 多 路 选 择 器 内 连 线 。cpld中 一 般 采 用 固 定 长 度 的线 段 来 进 行 连 接 ， 因 此 信 号 传 输 的 延 时 是 固 定 的 ， 使 得 信 号 传输 时 间 延 时 能 够 预 测 .cpld的 性 能 特 点 可 多 次 编 程 、 改 写 和 擦 除 ；采 用 cmos eprom、 eeprom、 flash memory和 sram等 编 程 技 术 ，具 有 高 密 度 、 高 速 度 、 高 可 靠 性 和 低 功 耗 ；i/o端 数 和 内 含 触 发 器可 多
33、 达 数 百 个 ， 集 成 度 远 远 高 于pal和 gal； 有 灵 活 多 样 的 逻 辑 结构 ， 可 满 足 各 种 数 字 电 路 系 统 设 计 的 需 要 ； 内 部 时 间 延 迟 与 器件 结 构 及 逻 辑 连 接 等 无 关 ， 可 预 测 ， 易 消 除 竞 争 冒 险 ； 有 多 位加 密 位 ， 且 器 件 等 效 数 千 个 逻 辑 门 以 上 ， 因 此 可 杜 绝 编 程 数 据的 非 法 抄 袭 。 fpga组 成 可 编 程 逻 辑 块 （ clb） 包 含 逻 辑 单 元 le1，逻 辑 单 元 le2， 每 个 clb中 包 含 1个 或 2个 逻
34、 辑 单 元 （ le） ； 可 编 程 输入 输 出 块 （ iob） ， 输 入 触 发 器 /输 入 缓 冲 器 输 出 触 发 锁 存 器 输出 缓 冲 器 组 成 ； ； 可 编 程 连 线 资 源 （pir） ,可 编 程 内 连 线 的 种 类 和作 用 ： 单 长 线 是 指 可 编 程 开 关 矩 阵 和 clb之 间 的 连 线 ， 是 贯 穿 于 clb之 间 的 8条 垂 直 和 8条 水 平 金 属 线 段 ， 可 编 程 开 关 矩 阵 的 开 关 位于 这 些 金 属 线 网 络 的 交 叉 点 。 通 过 编 制 程 序 ， 可 控 制 开 关 矩 阵 将clb
35、与 clb， 或 者 clb与 i/ob连 在 一 起 ； ； 双 长 线 包 括 夹 在 clb之 间 的 4条 垂 直 和 4条 水 平 金 属 线 段 。 长 度 是 单 长 线 的 两 倍 ， 可 通 过 两 个clb。 穿 过 两 个 clb之 后 ， 这 些 金 属 线 段 才 与 可 编 程 的 开 关 矩 阵 相连 。 利 用 双 长 线 可 以 使 两 个 相 隔 （ 非 相 邻 ） 的clb连 接 ； ； 长 线 是水 平 或 垂 直 地 贯 穿 于 整 个 芯 片 的 金 属 线 ， 称 为 水 平 长 线 和 垂 直长 线 。 信 号 不 经 过 开 关 矩 阵 （ p
36、sm） ， 信 号 延 迟 小 ， 主 要 用 于 长距 离 或 多 分 支 信 号 （ 如 控 制 、 时 钟 信 号 ） 的 传 送 。fpga基 本 结 构主 要 为 查 找 表 （ lut） 结 构 1可 编 程 逻 辑 块 （ clb） 2可 编 程 输 入 输 出块 （ iob） 3可 编 程 连 线 资 源 （ pir） flex10k器 件 主 要 由 嵌 入 式 阵 列eab、 逻 辑 阵 列 块 lab、 快 速 布 线 互 连 fast track和 i/o单 元 等 四 部 分组 成 。 f的 性 能 特 点 采 用 sram编 程 技 术 ， 具 有 高 密 度 、
37、高 速 度 、高 可 靠 性 和 低 功 耗 ； 丰 富 的 i/o端 数 和 触 发 器 ， 集 成 度 远 远 高 于pal和 gal； 结 构 灵 活 ， 内 部 的 clb、 iob和 pi均 可 编 程 ， 强 有 力 的 组 合逻 辑 函 数 发 生 器 ， 可 实 现 多 个 变 量 的 任 意 逻 辑 。 可 满 足 各 种 数字 电 路 系 统 设 计 的 需 要 ； 某 些 fpga还 提 供 片 内 高 速 ram， 可 用 于 fifo等 的 设 计 每 次 上 电 时 需 进 行 数 据 配 置 ， 断 电 后 ， 配 置 数 据 自 动丢 失 ； 内 部 时 间 延
38、 迟 与 器 件 结 构 及 逻 辑 连 接 等 有 关 ， 故 信 号 传输 时 延 不 可 预 测 缺 点 。 什 么 是 查 找 表 ： lut） 就 是 一 个 有 n根（ 一 般 是 4根 ） 地 址 线 的 16x1 的 ram存 储 器 。 工 作 原 理 ： 当 用 户通 过 原 理 图 或 hdl 语 言 描 述 了 一 个 4输 入 的 逻 辑 电 路 后 ， cpld/fpga 开 发 软 件 就 会 按 设 计 要 求 自 动 计 算 逻 辑 电 路 的 所 有 可 能 的 结 果 ，并 把 该 结 果 事 先 写 入 这 个 ram存 储 器 。 这 样 ， 当 输
39、入 变 量 作 为ram的 地 址 信 号 输 入 时 ， 预 期 的 结 果 （ 输 出 逻 辑 函 数 ） 就 作 为ram的 存储 数 据 输 出 了 。 cpld与 fpga异 同 相 同 点 都 是 大 规 模 集 成 可 编 程器 件 ； 都 可 按 用 户 要 求 编 程 使 用 ， 功 能 强 大 ；.都 可 认 为 是 由 输 入 /输 出 单 元 ， 二 维 逻 辑 块 阵 列 、 用 于 连 接 逻 辑 块 的 互 联 资 源 组 成 ；都 是 在 计 算 机 上 使 用 开 发 设 计 异 cpld采 用 与 或 阵 列 实 现 而 fpga采用 查 找 表 实 现 逻
40、 辑 ； cpld的 核 心 技 术 为 eecoms， 为 非 易 失 器 件 ，而 fpga采 用 采 用 coms sram工 艺 ， 为 易 失 器 件 且 需 外 围 配 置 器 件 ；fpga体 积 更 小 ， 集 成 化 程 度 更 高 ； cpld适 合 组 合 逻 辑 、 fpga适 合 时序 电 路 ； 两 者 编 程 方 式 不 同 ， 前 者 为icr后 者 为 isp； 芯 片 利 用 率 不同 cpld利 用 率 比 fpga低 ； 布 线 结 构 与 延 时 预 测 性 不 同fpga器 件 延时 难 以 预 测 、 cpld有 固 定 延 时 的 通 路 且 延
41、 时 比 较 小 ；cpld可 加 密 、fpga一 般 不 能 保 密 。 cpld/fpga与 普 通 ttl/cmos器 件 在 功 能 特 性 、开 发 方 法 等 方 面 异 同 ： cpld/fpga是 大 规 模 的 逻 辑 器 件 ， 需 要 开 发系 统 ， 贵 ； ttl/cmos中 小 规 模 逻 辑 器 件 ， 不 需 要 爱 发 系 统 ， 便 宜 ；都 可 以 构 建 数 字 系 统 。 cpld/fpga与 pal/gal器 件 在 功 能 特 性 、 开发 方 法 等 方 面 有 何 异 同 ： 前 者 ， 完 成 大 系 统 ， 后 者 ， 简 单pld， 小
42、系 统 。（ 四 ） max multiple array matrix 多 阵 列 矩 阵 flex flexible logic element matrix 灵 活 逻 辑 单 元 阵 列 。 性 能 特 点 ： 高 性 能 ， 密 度 逻辑 集 成 ， 短 的 开 发 周 期 ， 性 能 价 格 比 ， 丰 富 的 优 化 宏 函 数 ， 系统 可 编 程 (isp)altera 的 产 品 系 列 ： 1、 多 阵 列 结 构 ： max 系 列（ max9000、 max7000、 max5000、 max3000） classic 系 列 2、柔 性 (可 更 改 )逻 辑 单
43、元 阵 列 结 构 ： flex 系 列 （ flex10k、 flex8000 及flex6000） 3、 先 进 的 可 编 程 单 元 阵 列 结 构 ：apex 系 列 (apex 20k)、acex 系 列 (acex 1k)。 4、 新 一 代 sopc 器 件 ： stratix（ 层 云 ） 和cyclone（ 飓 风 ） altera 器 件 性 能 特 点 ： 1） 高 性 能 2） 高 密 度 逻辑 集 成 3） 较 短 的 开 发 周 期 4） 高 性 能 价 格 比 5） 丰 富 的 优 化 宏函 数 6） 在 系 统 可 编 程 (isp) altera 器 件 的
44、 命 名 方 法 epf10k250 有250 1000 个 可 用 逻 辑 门 ； epf6010 有 10 1000 个 可 用 逻 辑 门 ；epm9320 有 320 个 可 用 宏 单 元 ； epm7032 有 32 个 宏 单 元 ；epm240 有 240 个 逻 辑 单 元 ； ep20k1500 有 1500 1000 个 可用 逻 辑 门 ； ep2a90 约 有 90 1000 个 le ； ep1k30 acex 1k 系列 ， 有 30 1000 个 可 用 逻 辑 门 ； ep2c70 约 有 20 1000 个le； ep1s80 cyclone 约 有 70
45、1000 个 le； ep2s180 约 有80 1000 个 le； ep1sgx40g 约 有 180 1000 个 le； ep1c20 约有 40 1000 个 le； altera max 7000 结 构 ： 逻 辑 阵 列 块 (lab)、 宏单 元 、 扩 展 乘 积 项 、 可 编 程 连 线 阵 列 （pia） 、 i/o 控 制 块 (i/o b)， 另外 ， 有 4 个 专 用 全 局 输 入 信 号 max 7000 利 用 什 么 技 术 实 现 复 杂逻 辑 函 数 ： 大 多 数 逻 辑 功 能 可 以 用 每 个 宏 单 元 中 的 五 个 乘 积 项实 现
46、， 对 于 更 复 杂 的 逻 辑 功 能 ， 还 需 要 用 更 多 的 乘 积 项 来 实 现 ，这 时 可 以 利 用 另 外 一 个 宏 单 元 提 供 所 需 的 逻 辑 资 源 ，max 7000 结构 允 许 利 用 共 享 乘 积 项 和 并 联 扩 展 项 来 实 现 。max 7000 宏 单 元的 组 成 ： 每 个 宏 单 元 由 5 个 乘 积 项 组 成 。 这 些 乘 积 项 可 作 为 或门 、 异 或 门 的 输 入 以 实 现 组 合 逻 辑 函 数 。 或 者 可 作 为 触 发 器 的辅 助 输 入 ， 实 现 置 位 、 复 位 、 时 钟 等 信 号
47、 。 每 个 宏 单 元 有 一 个乘 积 项 可 以 反 相 后 送 回 逻 辑 阵 列 ， 供 lab 中 的 其 他 宏 单 元 共 享 。alera 公 司 max7000 器 件 扩 展 乘 积 项 的 种 类 和 作 用 ：共 享 扩 展 项 就 是 由 每 个 宏 单 元 提 供 一 个 未 投 入 使 用 的 乘 积 项 ， 并 将 它 们 反相后 反 馈 到 逻 辑 阵 列 中 ， 以 便 于 集 中 使 用 。 并 联 扩 展 项 是 利 用 lab中 没 有 使 用 宏 单 元 和 他 们 的 乘 积 项 ， 这 些 乘 积 项 可 以 分 配 到 临近 的 宏 单 元
48、中 去 ， 以 实 现 高 速 复 杂 的 逻 辑 功 能 。 利 用 扩 展 乘 积项 可 保 证 在 逻 辑 综 合 时 ， 用 尽 可 能 少 的 逻 辑 资 源 得 到 尽 可 能 快的 工 作 速 度 。 flex 10k 组 成 ： flex10k 器 件 主 要 由 1 嵌 入 式 阵 列eab、 2 逻 辑 阵 列 块 lab、 3 快 速 布 线 互 连 fast track,4i/o 单 元 等 四部 分 组 成 特 点 ： 1.属 于 嵌 入 式 pld 系 列 ， 具 有 在 单 个 器 件 中 的 系统 集 成 能 力 2.高 密 度 3. 系 统 级 特 点 （ 1
49、 采 用 先 进 的 sram 制 造 工艺 ， 支 持 多 种 工 作 电 压 2 支 持 多 电 压 i/o 接 口 3 低 功 耗 4flex 10k和 flex10ka 器 件 遵 守 pci 总 线 规 定 5 内 置 jtag 边 界 扫 描 测 试 电 路 ；4.时 钟 （ 时 钟 锁 定 选 项 有 助 于 减 小 时 钟 延 迟/变 形 ； 时 钟 自 举 选 项有 助 于 对 时 钟 进 行 倍 频 ） 5.灵 活 的 内 部 连 接 6.功 能 强 大 的 i/o 引 脚7.多 样 的 封 装 形 式 8.所 有 器 件 都 经 过 100 的 功 能 测 试 9.flex10k器 件 由 altera 的 quartus 和 max+plus 开 发 系 统 支 持 10.能 与 其他 公 司 的 多 种 eda 工 具 接 口 11.多 种 配 置 方 式 嵌 入 式 阵 列 eab、 作用 : eab : embedded array block 是 在 pld 中 嵌 入 的 一 大 块 ram。 它可 提 供 2048 个 存 储 位 ,可 实 现 16
