FPGA課件.ppt

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1、《可編程邏輯器件設(shè)計》（可編程邏輯器件及應(yīng)用）教材：《FPGA設(shè)計基礎(chǔ)》王傳新高等教育出版社《復(fù)雜可編程邏輯器件及數(shù)字系統(tǒng)應(yīng)用》自編課時：32學(xué)時(實驗：16學(xué)時)授課教師：王曉飛第一章概論第一節(jié)可編程邏輯器件的產(chǎn)生及優(yōu)點1．標(biāo)準(zhǔn)集成電路(非用戶定制電路)?標(biāo)準(zhǔn)集成電路系列：主要完成一些基本的通用功能。如各種門電路、觸發(fā)器、譯碼器等。?軟件組態(tài)標(biāo)準(zhǔn)電路：硬件本身不足以完成所需功能，要靠軟件驅(qū)動。如各類CPU等。存在問題：從廠家生產(chǎn)、用戶使用角度來講，廠家根據(jù)市場調(diào)研制定出自己的生產(chǎn)計劃(包括芯片的種類和數(shù)量)并有產(chǎn)品手冊供用戶選型；用戶根據(jù)自己的需要購買芯片。往往出現(xiàn)這樣的問

2、題：廠家常常出現(xiàn)“供過于求”，用戶則發(fā)現(xiàn)“供非我所求”。結(jié)果：這種情況最終導(dǎo)致了專用集成電路ASIC(ApplicationSpecifiedIntegratedCircuit)的產(chǎn)生和發(fā)展。一、集成電路的分類第一章概論第一節(jié)可編程邏輯器件的產(chǎn)生及優(yōu)點一、集成電路的分類2．專用集成電路(用戶定制電路)?全定制電路：廠家根據(jù)用戶要求，從晶體管級開始設(shè)計，做到各項電氣指標(biāo)符合用戶要求。顯然它的設(shè)計試制周期短、成本高。?半定制電路：設(shè)計與生產(chǎn)過程的某些部分可以“預(yù)先設(shè)計”、“預(yù)先加工”、“預(yù)先制作”并為用戶選用，這是共享部分；另一方面，版圖的布局、布線和最終形成的版圖是按照用戶要求

3、定制的，不能共享。它縮短了生產(chǎn)周期，降低了成本。存在問題：有些用戶要求ASIC的產(chǎn)品品種多而數(shù)量少，或要求芯片生產(chǎn)周期極短，以便自己的產(chǎn)品盡快投放市場，這時用戶定制電路就顯得力不從心，成本高且周期長，用戶既用不起也等不及。結(jié)果：這種情況導(dǎo)致當(dāng)前半導(dǎo)體器件和集成電路的生產(chǎn)增長量略呈下降趨勢，而此時用戶再構(gòu)造電路異軍突起，新工藝、新結(jié)構(gòu)層出不窮。第一章概論第一節(jié)可編程邏輯器件的產(chǎn)生及優(yōu)點一、集成電路的分類3.可編程邏輯器件PLD—ProgrammableLogicDevice(用戶再構(gòu)造電路)?一次可編程邏輯器件OTPLD(OneTimePLD)：代表產(chǎn)品：可編程只讀存儲器PRO

4、M(ProgrammableReadOnlyMemory)；可編程邏輯陣列PAL(ProgrammableArrayLogic)。存在問題：這種器件最大缺點是只能編程一次。而一個電路設(shè)計工作者很難作到一次成功，總希望允許修改和調(diào)整自己設(shè)計的電路。結(jié)果：促成了EPLD的誕生。第一章概論第一節(jié)可編程邏輯器件的產(chǎn)生及優(yōu)點一、集成電路的分類3.可編程邏輯器件PLD—ProgrammableLogicDevice(用戶再構(gòu)造電路)?可擦除可編程邏輯器件EPLD—ErasablePLD：代表產(chǎn)品：屬于紫外線擦除的EPROM；屬于電擦除的EEPROM；通用邏輯陣列GAL(GenericAr

5、rayLogic)。存在問題：該類器件的主要特點是可多次編程、多次擦除。盡管在編程特性上做了很大的改進，但在集成容量、功耗、速度、邏輯器件設(shè)計的靈活性上均不能滿足要求。結(jié)果：為滿足現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的大容量、高速度、現(xiàn)場靈活編程設(shè)計的要求，產(chǎn)生了CPLD。第一章概論第一節(jié)可編程邏輯器件的產(chǎn)生及優(yōu)點一、集成電路的分類3.可編程邏輯器件PLD—ProgrammableLogicDevice(用戶再構(gòu)造電路)?復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD—ComplexPLD現(xiàn)場可編程門陣列FPGA—FieldProgrammableGateArray在系統(tǒng)可編程ISP—InSystemProgramma

6、bility)該類器件出現(xiàn)于80年代中期，90年代初期開始逐漸為我國專業(yè)人士認識和使用。它是一種由用戶決定其電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜可編程邏輯器件，在計算機系統(tǒng)前可現(xiàn)場設(shè)計、現(xiàn)場編程、現(xiàn)場配置、現(xiàn)場修改、現(xiàn)場驗證、從而現(xiàn)場實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的單片化設(shè)計與應(yīng)用。第一章概論第一節(jié)可編程邏輯器件的產(chǎn)生及優(yōu)點一、集成電路的分類4．可編程模擬器件PAD—ProgrammableAnalogicalDevice(用戶再構(gòu)造電路)現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)組成：CPU（DSP）+RAM（FM）+FPGA第一章概論第一節(jié)可編程邏輯器件的產(chǎn)生及優(yōu)點二、復(fù)雜可編程邏輯器件的優(yōu)點1.成本低：因其具有標(biāo)準(zhǔn)集成電路生產(chǎn)和投放市場量

7、大的特點。2.周期短：這種器件是具有一定連線結(jié)構(gòu)的已封裝好的全功能芯片，即內(nèi)部電路只做了少量最基本連接，管腳也絕大多數(shù)沒有定義，芯片內(nèi)部為用戶提供了大量的連線資源，用戶可根據(jù)自己的需要編程設(shè)計，用戶既是使用者，也參與設(shè)計和制造過程，而這種設(shè)計和制造時間多則幾天、少則幾小時。3.集成度高：屬于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，易于實現(xiàn)設(shè)備小型化。數(shù)字系統(tǒng)采用FPGA前后的情況4.功耗低速度快：采用CMOS工藝，內(nèi)核趨于1.6V，功耗低；翻轉(zhuǎn)速率可達上百MHz。5.保密性好：可加密。6.編程性能好：上萬次改寫原則上