可编程逻辑器件的原理及发展
PLD的发展简史及应用展望
Science &Technology Vision 科技视界1可编程逻辑器件发展简史最早的可编程逻辑器件(PLD)是1970年制成的可编程只读存储器(PROM),它由固定的与阵列和可编程的或阵列组成。
PROM 采用熔丝技术,只能写一次,不能擦除和重写。
随着技术的发展,此后又出现了紫外线可擦除只读存储器UVEPROM 和电可擦除只读存储器EEPROM。
由于其价格便宜、速度低、易于编程,适合于存储函数和数据表格。
可编程逻辑阵列(PLA)器件于20世纪70年代中期出现,它是由可编程的与阵列和可编程的或阵列组成,但由于器件的价格比较贵,编程复杂,资源利用率低,因而没有得到广泛应用。
可编程阵列逻辑(PAL)器件是1977年美国MMI 公司率先推出的,它采用熔丝编程方式,由可编程的与阵列和固定的或阵列组成,双极性工艺制造,器件的工作速度很高。
由于它的设计很灵活,输出结构种类很多,因而成为第一个得到普遍应用的可编程逻辑器件。
通用阵列逻辑(GAL)器件是1985年Lattice 公司最先发明的可电擦写、可重复编程、可设置加密位的PLD。
GAL 在PAL 的基础上,采用了输出逻辑宏单元形式EECMOS 工艺结构。
在实际应用中,GAL 器件对PAL 器件仿真具有百分之百的兼容性,所以GAL 几乎完全代替了PAL 器件,并可以取代大部分标准SSI、MSI 集成芯片,因而获得广泛应用。
可擦除可编程逻辑器件(EPLD)是20世纪80年代中期Altera 公司推出的基于UVEPROM 和CMOS 技术的PLD,后来发展到采用EECMOS 工艺制作的PLD,EPLD 的基本逻辑单元是宏单元,宏单元是由可编程的与阵列、可编程寄存器和可编程I/O 三部分组成的。
从某种意义上讲,EPLD 是改进的GAL,它在GAL 基础上大量增加输出宏单元的数目,提供更大的与阵列,集成密度大幅提高,内部连线相对固定,延时小,有利于器件在高频下工作,但内部互连能力较弱。
电路中的可编程逻辑器件概述
电路中的可编程逻辑器件概述一、引言电路中的可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，简称PLD）是现代电子领域中非常重要的一类集成电路。
本文将从概述、分类、应用以及未来发展等方面对电路中的可编程逻辑器件进行介绍和探讨。
二、概述1. 定义：可编程逻辑器件是一种能通过编程实现不同逻辑功能的集成电路。
它由可编程逻辑阵列（Programmable Logic Array，简称PLA）和可编程存储器（Programmable Storage，简称PS）组成，能够替代传统的门电路和固定功能逻辑芯片。
2. 发展历程：20世纪70年代，PLD开始问世，并在逻辑设计和数字电路领域得到了广泛运用。
随着技术的不断发展，PLD也经历了多个世代的更新换代，形成了各种类型的可编程逻辑器件。
三、分类1. 可编程逻辑阵列（PLA）：PLA是PLD中最基本的组成部分，由一组与门和或门组成。
它的输入信号经过与门和或门的逻辑门电路进行组合，输出结果经过阵列的触发器进行存储，从而实现不同的逻辑功能。
2. 可编程存储器（PROM）：PROM是另一种常见的可编程逻辑器件，它通过烧写来实现由出厂时固化的存储器内容改写成用户自定义的存储器内容。
3. 可编程阵列逻辑器件（PAL）：PAL是一种介于PLA和PROM之间的可编程逻辑器件，它具有固定的与门阵列和可编程的或门阵列。
PAL可以通过编程改变或门的连接方式，实现不同的逻辑功能。
四、应用可编程逻辑器件在电子领域中有着广泛的应用，其主要包括但不限于以下几个方面：1. 逻辑电路设计：可编程逻辑器件的出现使得逻辑电路的设计更加灵活，能够更好地满足电路需求。
2. 数字信号处理：可编程逻辑器件在数字信号处理中扮演着重要的角色，能够快速处理大量的数字信号并实现各种算法。
3. 控制系统：PLD广泛用于控制系统中，可以实现复杂的控制算法和逻辑运算，提高系统的性能和可靠性。
4. 通信设备：可编程逻辑器件在通信设备中扮演着重要的角色，能够实现多种通信协议和数据传输方式。
可编程逻辑器件(PLD)
PLD开发工具提供了完整的解决方案，包括设计输入、综合、布局布线、仿真和调试等功能。这些工 具支持多种PLD器件和编程语言，使得设计师能够高效地实现数字电路设计和PLD编程。
05
PLD的未来发展与挑战
PLD的未来发展趋势
更高的集成度
随着半导体工艺的进步，PLD将实现更高的集成度，具备更强大 的计算和数据处理能力。
现代阶段
随着技术不断发展，PLD 的集成度更高，功能更强 大，应用领域更广泛。
PLD的应用领域
通信领域
用于实现通信协议的转换、信号处理和调制 解调等功能。
工业控制
用于实现自动化控制、电机驱动和传感器数 据处理等功能。
数字信号处理（DSP）
用于实现图像处理、语音识别和数字信号处 理算法。
计算机硬件设计
安全与可靠性问题
随着PLD在关键领域的应用增加， 安全和可靠性问题成为关注的焦 点，需要加强安全机制和可靠性 设计。
知识产权保护
随着PLD技术的不断进步和应用 领域的拓展，知识产权保护成为 重要问题，需要加强知识产权保 护措施。
PLD的发展前景与展望
拓展应用领域
随着PLD技术的不断成 熟，其应用领域将进一 步拓展，尤其是在人工 智能、物联网、5G等领 域。
布线策略
选择合适的布线策略，确 保信号传输的可靠性和效 率。
物理验证
检查布局和布线后的设计 是否满足时序和功耗要求。
配置与下载
生成配置文件
根据设计结果，生成用于配置PLD的二进制 文件。
下载与配置
将配置文件下载到PLD中，完成硬件电路的 配置。
测试与验证
在实际硬件环境中测试设计的正确性和性能。
04
复杂可编程逻辑器件(CPLD)
fpga简介
五、FPGA厂商
FPGA / PLD不是ATMEL的主要业务，中小规
模PLD做的不错。ATMEL也做了一些与Altera 和Xilinx兼容的片子，但在品质上与原厂家还是有一些
差距 。
Clear Logic 生产与一些著名PLD/FPGA大公司兼容的
芯片，这种芯片可将用户的设计一次性固化，不可编程， 批量生产时的成本较低。
三、FPGA的开发
• FPGA的开发软件与设计流程 • FPGA器件结构与原理
设计流程
设计输入
多种设计输入方法
• 原理图式图形设计输入 • 文本编辑
VHDL, Verilog, AHDL, XABEL • 内存编辑
Hex, Mif • 第三方工具
EDIF,HDL,VQM
设计综合
综合工具
Leonardo Spectrum* FPGA Compiler II Standard* & Altera Edition* FPGA Express* Synplicity Synplify*
• FPGA是电子设计领域中最具活力和发展 前途的一项技术，它的影响丝毫不亚于 70年代单片机的发明和使用。
• FPGA能做什么呢？
二、可编程逻辑器件的发展历程
• 只读存贮器(PROM)、紫外线可擦除只读存贮 器(EPROM)和电可擦除只读存贮器(EEPROM)
• 可编程逻辑器件(PLD)，主要有PAL(可编程阵 列逻辑)和GAL(通用阵列逻辑)。
Virtex-II Pro
ALTERA公司推出新一代可编程逻辑器件
• 高性能结构 • TriMatrix存储器 • DSP块 • 高带宽高速I/O接
口 • PLL系统时钟管理 • 终端技术 • 方便的系统更新
可编程逻辑器件的发展历程及概述
可编程逻辑器件的发展历程及概述可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）是一种基于数字集成电路技术开发的芯片，是数字系统设计中的重要组成部分。
PLD具有逻辑功能强、可编程性好、成本低廉等特点，被广泛应用于数字系统的设计与实现中。
PLD的发展历程可以追溯到20世纪70年代。
当时，数字系统的设计主要依赖定制的数字集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）和硬连线逻辑电路（Hard-wired Logic Circuit，HLC）来实现。
但这些设计方式存在许多缺陷：ASIC成本高、生产周期长、不易修改；HLC设计复杂、运行速度慢。
因此，人们开始寻求一种新的、更具优势的数字系统设计方式。
1978年，Xilinx公司推出了第一款可编程逻辑器件——XC2064，这也标志着可编程逻辑器件的诞生。
XC2064采用的是PLA（Programmable Logic Array）结构，由一个AND平面和一个OR平面组成，可实现最多64个布尔表达式。
与ASIC 和HLC相比，XC2064具有可编程性强、设计周期短、适应性强等优势，深受市场欢迎。
随着电子技术的不断发展和PLD市场的迅速扩大，PLD不断得到改进和升级。
1984年，Altera公司推出了第一款EPLD （Erasable Programmable Logic Device）——EP300，该器件采用的是EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）存储技术，可实现更灵活的编程和修改。
1985年，Xilinx公司推出了第一款FPGA（Field Programmable Gate Array）——XC2064，它把XC2064的结构进行改进，采用的是可编程的LUT（Look-Up Table）结构，降低了器件的面积和功耗，取代了许多传统的逻辑芯片。
可编程逻辑器件的现状及发展趋势
可编程逻辑器件的现状及发展趋势
随着模拟系统和数字系统之间的融合，可编程逻辑器件（PLDs）已经成为许多主流产品设计的重要组成部分。
今天，PLDs可以用来执行范围广泛的任务，从通用数据通信任务到操作系统操作，并且以可靠的方式执行。
PLDs比许多其他数字逻辑元件更可靠，更容易使用，并且可在大量芯片上工作，产生尽可能少的热量，并能更快地执行任务。
尽管PLDs的发展受到许多因素的影响，但它们在未来几年中仍有很大的潜力。
首先，可编程逻辑器件将继续在技术可靠性方面发挥重要作用，这是为了满足当前市场对性能和可靠性的结合而设计的。
此外，可编程逻辑器件还能够根据用户的要求定制，这对市场中的多样化产品来说尤其重要。
此外，许多PLDs都开发出新的技术，以改善功能和可靠性，这对提高设计质量非常有益。
其次，可编程逻辑器件将受益于先进的数据通信技术的发展。
例如，以太网，蓝牙和Wi-Fi等通信技术可大大增加可编程逻辑器件在产品设计中的用途。
此外，智能手机技术和虚拟现实技术的出现使得可编程集成电路（PICs）成为产品设计及开发中不可或缺的一部分。
另外，可编程逻辑器件的现代运算算法也将受益于技术的发展。
cpld是什么意思
cpld 是什么意思
cpld 是什幺意思
CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）复杂可编程逻辑器件，是从PAL 和GAL 器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于
大规模集成电路范围。
是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字
集成电路。
其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述
语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（“在系统”编程）将代码
传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。
发展历史及应用领域
20 世纪70 年代，最早的可编程逻辑器件--PLD 诞生了。
其输出结构是可编程的逻辑宏单元，因为它的硬件结构设计可由软件完成（相当于房子
盖好后人工设计局部室内结构），因而它的设计比纯硬件的数字电路具有很强的灵活性，但其过于简单的结构也使它们只能实现规模较小的电路。
为弥补PLD 只能设计小规模电路这一缺陷，20 世纪80 年代中期，推出了复杂可编程逻辑器件--CPLD。
此应用已深入网络、仪器仪表、汽车电子、数控机床、航天测控设备等方面。
器件特点。
FPGA原理1-pld发展概述
基本PAL结构
基本GAL结构
GAL器件宏单元结构
低密度PLD器件比较
高密度PLD器件
• CPLD • FPGA
Altera的MAX7000系列主要包括
逻辑阵列块(Logic Array Block LAB) 宏单元(Macro Cell) 扩展/并行乘积项 可编程连线阵列 (Programmable Interconnect Array PIA) • IO控制块 • • • •
查找表结构（LUT）
CPLD和FPGA器件的比较
特性 结构工艺 触发器数量 规模和复杂度 时延 编程灵活性 功耗 编程方式 CPLD 乘积项结构 少 规模小， 规模小，复杂度低 Pin-Pin延时固定 延时固定 灵活性小 大 基于EEPROM或者 或者 基于 FLASH编程，掉 编程， 编程 电信息不丢。 电信息不丢。 好 低 FPGA 查找表加寄存器结构 多 规模大， 规模大，复杂度高 Pin-Pin延时不可预测 延时不可预测 灵活性大 小 基于SRAM编程，掉 编程， 基于 编程 电信息丢失。 电信息丢失。 差 高
Altera的FLEX10K系列主要包括
• • • • • 嵌入式阵列块（EAB） 逻辑阵列块（LAB） 逻辑单元(LE) 快速通道（FT） I/O单元
I/O块
逻逻块
内内内内
FPGA基本结构
Altera FLEX10K 系列 结构图
IO结构（IOE）
Altera MAXFLEX10K 系列 逻辑单元（LE）
三大可编程逻辑器件公司样片
PLD器件分类
• 从集成度区分： 低密度PLD器件和高密度PLD器件。 • 从编程结构上区分： “与-或阵列”式和“SRAM查找表” 式 • 从编程工艺上区分： 熔丝型，反熔丝型，EPROM型， EEPROM型，SRAM型和FLASH型
可编程逻辑器件的发展与应用
可编程逻辑器件的发展与应用摘要：可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）可以由用户根据需要自行完成编程设计工作，并在设计阶段进行硬件仿真（Emulation），使得微电子设计实现了早期集成和软硬件联合验证。
然后用某种编程技术自己“烧制”使内部电路结构实现再连接，也就是说用户既是使用者又是设计者和制造者。
1．PLD发展历程PLD的发展经历了以下三个主要发展阶段：（1）早期的可编程逻辑器件，如可可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）可以由用户根据需要自行完成编程设计工作，并在设计阶段进行硬件仿真（Emulation），使得微电子设计实现了早期集成和软硬件联合验证。
然后用某种编程技术自己“烧制”使内部电路结构实现再连接，也就是说用户既是使用者又是设计者和制造者。
1．PLD发展历程PLD的发展经历了以下三个主要发展阶段：（1）早期的可编程逻辑器件，如可编程只读存储器（PROM）、紫外线可擦除只读存储器（EPROM）和电可擦除只读存储器（E2PROM）三种。
由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。
（2）结构上稍为复杂的可编程芯片，即为PLD，PLD器件是可编程的，未经编程的PLD器件不能实现任何功能，设计者可以通过对PLD编程来实现规定的逻辑功能。
设计者可以将多个中小规模器件的功能集成到一个或几个PLD中。
（3）CPLD和FPGA，它们可以实现较大规模的电路，可以替代几十甚至上百块通用IC芯片，具有可编程和实现方案容易改动的特点。
由于芯片内部硬件连接关系的描述可以存放在ROM、PROM或EPROM中，因而在可编程芯片及其外围电路保持不动的情况下，换一块EPROM芯片就能实现新的功能。
因此，当FPGA/CPLD芯片及其开发系统一问世，就在数字系统设计领域占据了重要地位，被广泛应用于产品的原型设计和小批量的产品设计之中。
3．PLD的编程技术从电路设计者来说，可将设计好的电路“写入”芯片(PLD母片），使之成为专用集成电路；有些PLD 可以多次“编程（逻辑重构）”，这就特别适合新产品试制或小批量生产。
可编程逻辑器件
结构基于SRAM查找表，采用RAM“数据”查找的方式，用
SRAM(静态随机存储器) 来构成逻辑函数发生器。
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3.1 可编程逻辑器件概述 Nhomakorabea一个N输入查找表（LUT）可以实现N个输入变量的任何逻辑功
能，如N输入“与”、N输入“异或”等。图3-2所示为4输入LUT，
其内部结构如图3-3所示。
Altera是著名的PLD生产器件厂商，多年来一直占据着行业领先的
地位。Altera公司可编程逻辑器件具有高性能、高集成度和高性价比的
优点，此外它还提供功能全面地开发工具和丰富的IP核、宏功能库等。
因此Altera的产品获得了广泛的应用。
Altera公司的可编程逻辑器件产品有多个系列。按照推出的先后顺
序依次为Classic系列、MAX（Multiple Array Matrix）系列、FLEX
（Flexible Logic Element Matrix）系列、APEX（Advanced Logic
Element Matrix）系列、ACEX系列、APEXⅡ系列、Cyclone系列、
Stratix系列、MAXⅡ系列、CycloneⅡ系列和StratixⅡ系列。
1）熔丝（Fuse）型器件。早期的PROM器件就是采用熔丝结构的， 编程过程就是根据设计的熔丝图文件来烧断对应的熔丝，达到编程的目 的。
2）反熔丝（Antifuse）型器件。对熔丝技术的改进，在编程处通过 击穿漏层使得两点之间获得导通，这与熔丝烧断获得开路正好相反。某 些FPGA器件采用了此种编程方式，如Xilinx公司的XC5000系列器件和 Actel的FPGA器件。
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3.2 Altera公司系列器件简介
可编程逻辑器件
可编程逻辑器件可编程逻辑器件PLD⼀、PLD简介可编程逻辑器件(PLD)，它能够完成各种数字逻辑功能。
典型的PLD由⼀个“与”门和⼀个“或”门阵列组成，⽽任意⼀个组合逻辑都可以⽤“与—或”表达式来描述，所以， PLD能以乘积和的形式完成⼤量的组合逻辑功能。
它有如下特点：1、逻辑电路的设计和测试均可在计算机上实现，设计成功的电路可⽅便的下载到PLD，因⽽可研制周期短、成本低、效率⾼，使产品能在极短时间内推出。
2、⽤PLD实现的电路容易被修改。
这种修改通过PLD重新编程实现，可以不影响其外围电路。
因此，其产品的维护、更新都很⽅便。
PLD使硬件也能象软件⼀样实现升级，因⽽被认为使硬件⾰命。
3、较复杂的数字系统能⽤1⽚或数⽚PLD实现，因⽽，应⽤PLD⽣产的产品轻⼩可靠。
此外，PLD还具有硬件加密功能。
4、应⽤PLD设计电路时，需选择合适的软硬件平台（开发系统）。
因此，PLD得到⼴泛的应⽤。
⼆、PLD的分类按照PLD的结构体系，主要可分为简单PLD（包括PAL、GAL等）、CPLD和FPGA。
PAL：Programmable Array Logic 可编程阵列逻辑GAL：Generic Array Logic 通⽤阵列逻辑CPLD：Complex Programmable Logic Device 复杂可编程逻辑器件FPGA：Field Programmable Gate Array现场可编程门阵列另外，最早使⽤的PLD是FPLA(Field Programmable Logic Array)现场可编程逻辑阵列，它的与、或阵列均可编程，现在已经很少使⽤。
EPLD是可擦除的可编程逻辑器件Erasable Programmable Logic Device的缩写。
有的资料把可擦除的PLD都统称为EPLD，但更⼀般的是指继PAL、GAL之后推出的⼀代集成度远⾼于PAL、GAL，但相对CPLD和FPGA较低的可擦除的可编程逻辑器件。
FPGA现状及发展趋势
FPGA核心单元-CLB LUT作为函数发生器：
FPGA核心单元-CLB
LUT作为移位寄存器：
FPGA核心单元-DCM
3、数字时钟管理模块（DCM）
大多数FPGA均提供数字时钟管理。通过该模 块提供数字时钟管理和相位环路锁定。相位环路 锁定能够提供精确的时钟综合，且能够降低抖动 ，并实现过滤功能。
Device，CPLD）
现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，
FPGA）
可编程逻辑器件简介
• PROM、EPROM和EEPROM， 第一阶段 • 由于结构的限制，只能完成简单的数字逻辑功能。
• PAL和GAL，正式被称为PLD，能够完成各种逻辑运算功能。 第二阶段 • 由“与”、“非”阵列组成，以乘积和形式完成大量的逻辑组合。
PLD的发展史
FPGA的发展史（1）
1985年 Xilinx 1991年 Xilinx 1995年 Altera 1998年 Xilinx
• 推出全球第一款FPGA产品——XC2064，采用2μm工艺， 包含64个逻辑模块和85,000个晶体管，门数量不超过1,000 门。
• 推出XC4000系列FPGA，这是第一款被广泛使用的FPGA， 包含44万个晶体管。采用0.7μm工艺。
• 7系列FPGA统计架构 • 利用高-K金属栅、高性能、低功耗28nm工艺技术，为您实现低
功耗、最高性能和生产力最大化。
Xilinx公司简介
Xilinx公司成立于1984年，首创了现场可编
程逻辑阵列(FPGA)这一创新性的技术，并 于1985年首次推出商业化产品。目前Xilinx 占有全世界FPGA产品一半以上的市场份额 。Xilinx公司的FPGA器件基于SRAM架构， 可“无限次”编程；LUT可配置为分布式 RAM；块RAM可配置为多种模式；全数字 式的时钟管理系统，可提供灵活精确的时 钟信号；VersaRing提供了IOB与CLB的连接 ，可以更便利的实现PIN锁定。
可编程逻辑器件及应用 置信区间
可编程逻辑器件及应用置信区间可编程逻辑器件是一种集成电路，可以通过编程来实现特定功能。
它们通常包括可编程逻辑阵列（PLA）、可编程逻辑阵列（PAL）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）等。
这些器件广泛应用于数字电路设计、通信系统、工业控制和消费类电子产品等领域。
在设计数字电路时，置信区间是一个重要的概念。
置信区间是对参数估计结果的不确定性的度量，通常用置信水平来表示。
在实际应用中，我们往往需要对参数估计结果进行置信区间估计，以评估估计结果的可靠性和稳定性。
可编程逻辑器件在置信区间估计中扮演着重要的角色。
通过对器件进行编程，我们可以实现对数字信号的处理和控制，从而获得更精确和可靠的参数估计结果。
例如，在工业控制系统中，我们可以使用可编程逻辑器件来实现对传感器信号的采集和处理，从而实现对生产过程的监控和控制。
可编程逻辑器件还可以应用于通信系统中。
通过对器件进行编程，我们可以实现对数字信号的调制、解调和处理，从而提高通信系统的性能和稳定性。
在消费类电子产品中，可编程逻辑器件也被广泛应用于数字音频处理、图像处理和人机交互等方面。
在实际应用中，我们需要根据具体的需求和系统要求选择合适的可编程逻辑器件，并进行适当的编程和配置。
同时，我们还需要对参数估计结果进行置信区间估计，以确保估计结果的准确性和可靠性。
通过合理地应用可编程逻辑器件和置信区间估计方法，我们可以实现对数字系统的高效设计和优化，从而提高系统的性能和稳定性。
总的来说，可编程逻辑器件及其应用在数字系统设计和控制领域发挥着重要作用。
通过合理地应用这些器件和方法，我们可以实现对数字系统的高效设计和优化，从而提高系统的性能和稳定性。
希望本文对读者对可编程逻辑器件及其应用有所启发和帮助。
电路基础与集成电子技术 可编程逻辑器件简介(共10张PPT)
杂可编程逻辑器件）。
通用阵列逻辑GAL（Generic Array Logic）器件。具有电擦写、 同时，由于加大了可编程I/O端数目，一般都会达到几十个，使得各引脚信号的安排更加方便和合理。
8所示，它由可编程逻辑单元块CLB（Configurable Logic Block）、可编程I/O单元、嵌入式RAM、可编程布线资源IR（Interconnect Resouce）、 底层嵌入功能单元和内嵌专用硬核构成，下面就主要部分加以说明。 装载的过程是在FPGA内部的一个时序电路的控制下自动进行的。 FPGA的出现极大地方便了设计人员，从而促使FPGA更快速地发着，目前Altera、Xilinx等公司都能提供品质优良的各种FPGA产品。
可编程逻辑器件大致的演变过程如下：
集成电路的发展，一是集成度的提高，从小规模集成电路到超大规模集成电路；
1．70年代，熔丝编程的只读存储器PROM和可编程逻辑阵列PLA 片上可编程系统SOPC(System on a Programmable Chip)在上世纪末出现，它将EDA技术、计算机系统、嵌入式系统、自动化控制系统、DSP以及
通讯系统等有机的融合在一起。
（Programmable Logic Array）器件是最早的可编程逻辑器件。 而由于每个信号的传输途径各异，所以传输延迟时间也就不可能相等。
2．80年代初，Lattice公司发明可电擦写的，比PAL使用更灵活的通用阵列逻辑GAL（Generic Array Logic）器件。
可编程逻辑器件的应用和发展
可编程逻辑器件的应用和发展可编程逻辑器件（Programmable Logic Devices，简称PLD）是一种能实现数字电路功能的集成电路器件，适用于逻辑功能的实现和编程逻辑控制。
它具有灵活性、可编程性强、可重复使用等特点，广泛应用于计算机、通讯、工业控制、仪器仪表、军事等领域。
本文将对可编程逻辑器件的应用和发展进行详细介绍。
首先，可编程逻辑器件的应用范围很广。
它可以应用于逻辑电路的设计和实现，如组合逻辑电路和时序逻辑电路等。
通过编程和配置，可以实现各种逻辑门电路、计数器、寄存器、状态机等数字电路功能。
在计算机领域，可编程逻辑器件担当着关键的角色，例如，用于处理器内的微操作逻辑、总线控制逻辑、存储器控制逻辑等。
此外，可编程逻辑器件也广泛应用于通讯系统中的解调器、编码器、译码器、误码纠正等关键模块的设计和实现。
在工业控制领域，可编程逻辑器件被用于自动化控制系统和设备，实现各种控制逻辑和信号处理功能。
另外，可编程逻辑器件还用于仪器仪表设备的数据处理和信号处理，如多功能测试仪和模拟转数字转换器等。
在军事领域，可编程逻辑器件被用于雷达系统、导航系统、通信系统等的设计和开发。
随着技术的不断进步和需求的增加，可编程逻辑器件在性能和功能上也在不断改进和升级。
发展自20世纪70年代以来，经历了几个阶段的演进。
最早出现的是可编程逻辑阵列（PLA）和可编程逻辑阵列器件（PAL），它们可以满足基本的逻辑功能。
然后，随着可编程逻辑器件的复杂度的增加，出现了复杂可编程逻辑器件（CPLD），它结合了可编程逻辑阵列和可编程互连器件的优点，具有更高的逻辑门和触发器规模，适用于更复杂的逻辑功能实现。
最后，出现了可编程门阵列（PGA）和现场可编程门阵列（FPGA），它们具有更高的逻辑门规模和更灵活的互连方式，适用于高密度、高复杂度的数字电路设计和实现。
在新的技术和应用的推动下，可编程逻辑器件也在不断演变和创新。
目前，可编程逻辑器件的发展主要体现在如下几个方面。
ASIC和VHDL的特点与发展
目录一、ASIC综述 (2)1.1 ASIC简介 (2)1.2 ASIC设计发展与设计方法 (2)二、VHDL的特点与发展 (4)2.1 VHDL的历史 (4)2.2 VHDL 的主要特点 (5)2.3 VHDL 的发展趋势 (7)三、可编程逻辑器件的发展历史及未来趋势 (8)四、参考文献 (11)一、ASIC综述1.1 ASIC简介ASIC（Application-specific integrated circuit），专用集成电路，是指依产品需求不同，而客制化的特殊规格集成电路。
ASIC的特点是面向特定用户的需求，ASIC在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。
ASIC分为全定制和半定制。
全定制设计需要设计者完成所有电路的设计，因此需要大量人力物力，灵活性好但开发效率低下。
如果设计较为理想，全定制能够比半定制的ASIC芯片运行速度更快。
半定制使用库里的标准逻辑单元(Standard Cell)，设计时可以从标准逻辑单元库中选择SSI(门电路)、MSI(如加法器、比较器等)、数据通路(如ALU、存储器、总线等)、存储器甚至系统级模块(如乘法器、微控制器等)和IP核，这些逻辑单元已经布局完毕，而且设计得较为可靠，设计者可以较方便地完成系统设计。
现代ASIC常包含整个32-bit处理器,类似ROM、RAM、EEPROM、Flash的存储单元和其他模块. 这样的ASIC常被称为SoC(片上系统)。
1.2 ASIC设计发展与设计方法ASIC的设计方法和手段经历了几十年的发展演变，从最初的全手工设计发展到现在先进的可以全自动实现的过程。
这也是近几十年来科学技术，尤其是电子信息技术发展的结果。
从设计手段演变的过程划分，设计手段经历了手工设计、计算机辅助设计（ICCAD）、电子设计自动化EDA、电子系统设计自动化ESDA 以及用户现场可编程器阶段。
EDA技术概述
1.1 EDA技术的发展概况 1.2 可编程逻辑器件概述 1.3 可编程逻辑器件的设计 1.4 EDA的应用及发展趋势
1.1 EDA技术的发展概况
1.1.1 EDA的概念和发展历史 1.1.2 PLD的发展概况
1.1.1 EDA的概念和发展历史
广义EDA技术指的是以计算机硬件和系统 软件为基本工作平台，继承和借鉴前人在电 路和系统、数据库、图形学、图论和拓扑逻 辑、计算数学、优化理论等多学科的最新科 技成果而研制的商品化EDA通用支撑软件和应 用软件包，旨在帮助电子设计工程师在计算 机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能 分析、时序测试及PCB（印刷电路板）的自动 设计。
回顾近40年电子设计技术的发展历程， 可将EDA技术分为3个阶段。
1．20世纪70年代的计算机辅助设计（ CAD）阶段
2．20世纪80年代的计算机辅助工程设计 （Computer Aided Engineering，CAE）阶段
3．20世纪90年代电子工程设计师 开发产品的全过程，以及电子产品生产过程中期 望由计算机提供的各种辅助功能。
狭义EDA技术是以大规模可编程逻辑器件为 设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主 要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件 的开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有 关的开发软件，自动完成用软件的方法设计电子 系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分 割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真， 直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、 编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用 集成芯片的一门新技术。
可编程逻辑器件发展历史
可编程逻辑器件工艺和结构LOGO可编程逻辑器件发展历史--第1阶段上世纪70年代，可编程器件只有简单的可编程只读存储器（PROM ）、紫外线可擦除只读存储器（EPROM ）和电可擦只读存储器（EEPROM ）3种。
由于结构的限制，它们只能完成简单的数字逻辑功能。
可编程逻辑器件发展历史--第2阶段上世纪80年代，出现了可编程阵列逻辑（PAL ）和通用阵列逻辑（GAL ）器件，正式被称为PLD 。
☐典型的PLD 由“与”、“非”阵列组成，用“与或”表达式来实现任意组合逻辑，所以PLD 能以乘积和形式完成大量的逻辑组合。
☐PAL 器件只能实现可编程，在编程以后无法修改；如需要修改，则需要更换新的PAL 器件。
☐GAL 器件不需要进行更换，只要在原器件上再次编程即可。
可编程逻辑器件发展历史--第3阶段上世纪90年代，众多可编程逻辑器件厂商推出了与标准门阵列类似的FPGA 和类似于PAL 结构的扩展性CPLD 。
☐提高了逻辑运算的速度；☐具有体系结构和逻辑单元灵活集成度高以及适用范围宽等特点。
兼容了PLD 和通用门阵列的优点；☐能够实现超大规模的电路，编程方式也很灵活，成为产品原型设计和中小规模（一般小于10000）产品生产的首选。
可编程逻辑器件发展历史--第4阶段本世纪初，将现场可编程门阵列和CPU 相融合，并且集成到一个单个的FPGA 器件中，称为异构架构。
典型的，Xilinx 推出了两种基于FPGA 的嵌入式解决方案：☐内嵌PowerPC 硬核微处理器、ARM Cortex-A9 双核硬核嵌入式处理器。
☐提供了低成本的嵌入式软核处理器，如：MicroBlaze 、Picoblaze 。
可编程逻辑器件发展历史--第5阶段FPGA 朝着数模混合，异构架构的方向发展，真正成为了“万能芯片”。
在人工智能、云计算、物联网方面都有着极其重要的应用。
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学年论文学院物理电子工程学院专业电子信息工程年级2010级姓名王迪设计题目可编程逻辑器件原理及发展指导教师孙秋菊职称讲师2012年 05 月 27 日目录摘要： ............................................................................................... 错误！未定义书签。
Abstract: ............................................................................................. 错误！未定义书签。
一、绪论..................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1简述 ............................................................................... 错误！未定义书签。
1.2可编程逻辑器件的发展历程 ............................................ 错误！未定义书签。
二、可编程逻辑器件原理 ............................................................ 错误！未定义书签。
2.1可编程逻辑器件的优点 ................................................ 错误！未定义书签。
2.2可编程逻辑器件的分类 ................................................... 错误！未定义书签。
2.3可编程逻辑器件的设计原理 ............................................ 错误！未定义书签。
三、可编程逻辑器件的现状及发展趋势 ....................................... 错误！未定义书签。
3.1可编程逻辑器件的应用 ................................................... 错误！未定义书签。
3.2可编程逻辑器件的发展前景 ............................................ 错误！未定义书签。
四、总结 (12)参考文献： ........................................................................................ 错误！未定义书签。
可编程逻辑器件原理及发展学生姓名：王迪学号：20105042044单位：物理电子工程学院专业：电子信息工程指导老师：孙秋菊职称：讲师摘要：可编程器件PLD是80年代发展起来的新型器件，PLD是一种由用户根据自己的需要来设计逻辑功能并对此器件进行编程后实现的。
数字电路的集成电路通常是标准的小规模、中规模、大规模的器件，而这些器件的逻辑功能是出厂时已经由厂商设计好了，用户只能根据其提供的功能及管脚进行设计其需要的电路，由于这些通用器件考虑到其通用性，其在使用时有许多功能是多余的，并且由于管脚的排布是固定的，在设计PCB时给电路的连线带来了极大不便，而PLD其内部具有大量组成数字电路的最小单元——门电路，而这些门电路并没有固定怎样连接，并且输入/输出脚的连接可自己设置，而这些门电路的连接是通过编程的方法加以设计，故这种电路给我们带来了极大的方便。
关键字：可编程逻辑器件；PLDProgrammable logic device principle and developmentAbstract: device PLD is 80 time the development of new devices, the PLD is a by the user according to their own needs to design the logic function and the device is programmed in implementation. Digital integrated circuit is usually the standard small scale, scale, scale device, and the device of the logic function is the factory has good design by the manufacturer, the user can only be provided in accordance with its function and pin design need of its circuit, as a result of these universal device on account of its universality, its in when in use, there are many function is redundant, and since the pins are fixed, in the design of PCB for circuit connection brought great inconvenience, but PLD which can consist of a large number of digital circuit is the smallest unit -- the gate circuit, and the gate circuit and no fixed to connect, and input / output pin connection can set up their own, and the gate circuit is connected through programming method to design the circuit, it brings us great convenience.Key words:programmable logic device;PLD一．绪论1.1 概述在数字电子系统领域,存在三种基本的器件类型：存储器、微处理器和逻辑器件。
存储器用来存储随机信息,如数据表或数据库的内容。
微处理器执行软件指令来完成范围广泛的任务,如运行字处理程序或视频游戏。
逻辑器件提供特定的功能,包括器件与器件间的接口、数据通信、信号处理、数据显示、时序和控制操作、以及系统运行所需要的所有其它功能逻辑器件可分类两大类 - 固定逻辑器件和可编程逻辑器件。
一如其名,固定逻辑器件中的电路是永久性的,它们完成一种或一组功能 - 一旦制造完成,就无法改变。
另一方面,可编程逻辑器件（PLD）是能够为客户提供范围广泛的多种逻辑能力、特性、速度和电压特性的标准成品部件 - 而且此类器件可在任何时间改变,从而完成许多种不同的功能。
1.2可编程逻辑器件发展历程可编程逻辑器件从20世纪70年代发展到现在，已形成了许多类型的产品，其结构、工艺、集成度、速度和性能等都在不断改进和提高。
最早出现的可编程逻辑器件是1970年制成的PROM，它由全译码的与阵列和可编程的或阵列组成。
由于阵列规模大，速度低，因此它的主要用途还是作存储器。
20世纪70年代中期出现了可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array，PLA)器件，它由可编程的与阵列和可编程的或阵列组成，虽然其阵列规模大为减少，提高了芯片的利用率，但由于编程复杂，支持PLA的开发软件有一定难度，因而也没有得到广泛应用。
20世纪70年代末美国MMI(Monolithic Memories Inc，单片存储器公司)率先推出了可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic，PAL)器件，它由可编程的与阵列和固定的或阵列组成，采用熔丝编程方式、双极型工艺制造，器件的工作速度很高。
由于它的输出结构种类很多，设计很灵活，因而成20世纪80年代初Lattice公司发明了通用阵列逻辑(Generic Array Logic，GAL)器件，它在PAL的基础上进一步进行改进，采用了输出逻辑宏单元(OLMC)的形式和E2CMOS工艺结构，因而具有可擦除、可重复编程、数据可长期保存和可重新组合结构等优点。
GAL比PAL使用更加灵活，它可以取代大部分SSI、MSI和PAL器件，所以在20世纪80年代得到了广泛应用。
PAL和GAL都属于低密度PLD，其结构简单，设计灵活，但规模小，难以实现复杂的逻辑功能。
20世纪80年代末，随着集成电路工艺水平的不断提高，PLD突破了传统的单一结构，向着高密度、高速度、低功耗以及结构体系更灵活，适用范围更宽的方向发展，因而相继出现了各种不同结构的高密度PL20世纪80年代中期Altera公司推出了一种新型的可擦除、可编程逻辑器件(Erasable Programmable Logic Device，EPLD)，它采用CMOS和UVEPROM工艺制作，集成度比PAL和GAL高得多，设计也更加灵活，但内部互连能力比较弱。
1985年，Xilinx公司首家推出了现场可编程逻辑(Field Programmable Gate Array，FPGA)器件，它是一种新型的高密度PLD，采用CMOS-SRAM工艺制作，其结构和阵列型PLD不同，内部由许多独立的可编程逻辑模块组成，逻辑块之间可以灵活地相互连接，具有密度高、编程速度快、设计灵活和可再配置设计能力等许多优点。
FPGA出现后立即受到世界范围内电子设计工程师的普遍欢迎，并得到了迅速的发展。
20世纪80年代末Lattice公司提出了在系统可编程技术以后，相继出现了一系列具备在系统可编程能力的复杂可编程逻辑器件(Complex PLD，CPLD)。
CPLD 是在EPLD的基础上发展起来的，它采用E2CMOS工艺制作，增加了内部连线，改进了内部结构体系，因而比EPLD性能更好，设计更加灵活，其发展也非常迅速。
0世纪90年代以后，随着深亚微米、低电压、低功耗集成电路工艺的不断发展和应用，高密度PLD在器件和性能等方面飞速地发展。
在系统可编程技术、边界扫描技术的发展和应用也使该类器件在编程和测试技术、系统可重构技术等方面发展迅速。
目前世界各著名半导体器件公司，如Xilinx、Altera、Lattice和Actel等公司，均可提供不同类型的CPLD、FPGA产品，众多公司的竞争促进了可编程集成电路技术的提高，使其性能不断完善，产品日益丰富。