第一章CPLD与FPGA
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– 开发软件有MAX+PLUSII、QuartusII和ISE WebPACK
可编程逻辑器件的开发
• 开发系统的硬件部分包括计算机和编程 器。
– 编程器是对PLD进行写入和擦除的专用装置， 现在大多数CPLD器件采用了ISP技术，编程 时不用编程器，只需要通过计算机接口和编 程电缆，直接在目标板上进行编程。
–
– 假设组合逻辑的输出(AND3 的输出)为 f，则
• f=(A+B)*C*(!D)=A*C*!D + B*C*!D • ( 我们以!D 表示 D 的“非”)
CPLD/FPGA的基本工作原理
• f= f1 + f2 = (A*C*!D) +(B*C*!D) • 这样组合逻辑就实现了。
CPLD/FPGA的基本工作原理
• 4 输入与门的例子
CPLD/FPGA的基本工作原理
• 查找表结构的FPGA逻辑实现方式
CPLD/FPGA的基本工作原理
可编程逻辑器件的开发
• 指利用开发系统的软件和硬件对PLD进行 设计和编程的过程
– 开发系统的软件是指PLD专用的硬件描述语言 和相应的开发软件。
– 硬件描述语言最有代表性的是VerilogHDL、 VHDL和ABEL HDL等。
CPLD和verilogHDL编程技术
上节复习
CPLD
• CPLD是“复杂可编程逻辑器件”的缩写。
– 它可以完成任何数字器件的功能，上至高性 能的CPU，下至简单的74系列数字电路。
– 它就象一堆积木，可以通过传统的原理图输 入法或硬件描述语言自由的设计一个数字系 统。
– 通过软件仿真，可以事先验证设计的正确性。 – 用CPLD开发电路，设计周期智短，费用低，
• CPLD
– EPPROM 或 FLASH 工艺；直接烧写程序调 电后程序不会消失；一般可以擦写几百次， 并且一般宏单元在 512 以下。比如 ALTERA 的MAX3000/5000/7000/9000和 CLASSIC 系 列
CPLD/FPGA的基本工作原理
• 基于乘积项结构 PLD 的逻辑实现原理
– 它是厂家作为一种通用型器件生产的半定制 电路，用户可以利用软、硬件开发工具对器 件进行设计和编程，使之实现所需要的逻辑 功能。
– 它是用户可配置的逻辑器件，使用灵活，设 计周期短，费用低，而且可可靠性好，承担 风险小，因而很快得到普遍应用，发展迅速。
可编程逻辑器件的发展及特点
• PLD，通过软件编程可以实现这些门电 路不同的连接关系，从而使PLD对外完 成不同的功能，并且这些门电路的连接 关系可以不断地用软件来改变。
可编程逻辑器件的开发
• 一、可编程逻辑器件的设计过程
设计准备 设计输入 器件选择与编译
修改设计
开发
• “自顶向下”的设计方法
– 首先进行顶层功能框图划分和结构设计，然 后再逐级设计低层结构。
– 描述系统总功能的模块放在最上层称为顶层 设计，描述系统某一部分功能的模块放在下 层，称为底层设计。
– 自顶向下的设计方法使整个系统设计变得简 洁和方便，并且有利于提高设计的成功率。
可编程逻辑器件的发展及特点
• FPGA:
– SRAM 工艺；直接烧写程序掉电后程序丢失； 理论上擦写 100 万次以上；一般使用需要外 挂 EEPROM，可以达到几百万门电路。比 如 ALTERA 公司的 APEX、FLEX、ACEX、 STRATIX、CYCLONE 系列。
可编程逻辑器件的发展及特点
第一章 CPLD与FPGA概述
• PLD（Programmable Logic Device）
– 可编程逻辑器件，数字集成电路的半成品 – 其芯片上按一定排列方式集成了大量的门和
触发器，用户按设计要求将这些片内元件连 接起来（编程），使之完成某个系统功能， 成为一个可在实际电子系统中使用的专用集 成电路。 – CPLD （Complex Programmable Logic Device） 和FPGA（Field Programmble Gate Array）是 目前最广泛应用的
可靠性好。
verilogHDL
• 硬件描述语言HDL（Hardware Description Language）是一种用形式化方法描述数字电 路和系统的语言。
– 用其来编写设计文件，建立电路系统仿真模型， 利用计算机和EDA工具，对用硬件描述语言建 模的数字逻辑进行仿真，然后再综合，以生成 符合要求且在电路结构上可以实现的数字逻辑 网表，根据网表和某种工艺的器件，自动生成 具体电路，然后生成该工艺条件下这种具体电 路的延时模型，仿真验证无误后，写入CPLD器 件中。
可编程逻辑器件的发展及特点
• ASIC是专门为某一应用领域或为专门用 户需要而设计制造的LSI或VLSI电路，它 可以将某些专用电路或电子系统设计在 一个芯片上，构成单片集成系统 （SOC）。
• ASIC分为全定制和半定制两类。
可编程逻辑器件的发展及特点
• 可编程逻辑器件是ASIC的一个重要分支
可编程逻辑器件的开发
• 开发系统的硬件部分包括计算机和编程 器。
– 编程器是对PLD进行写入和擦除的专用装置， 现在大多数CPLD器件采用了ISP技术，编程 时不用编程器，只需要通过计算机接口和编 程电缆，直接在目标板上进行编程。
–
– 假设组合逻辑的输出(AND3 的输出)为 f，则
• f=(A+B)*C*(!D)=A*C*!D + B*C*!D • ( 我们以!D 表示 D 的“非”)
CPLD/FPGA的基本工作原理
• f= f1 + f2 = (A*C*!D) +(B*C*!D) • 这样组合逻辑就实现了。
CPLD/FPGA的基本工作原理
• 4 输入与门的例子
CPLD/FPGA的基本工作原理
• 查找表结构的FPGA逻辑实现方式
CPLD/FPGA的基本工作原理
可编程逻辑器件的开发
• 指利用开发系统的软件和硬件对PLD进行 设计和编程的过程
– 开发系统的软件是指PLD专用的硬件描述语言 和相应的开发软件。
– 硬件描述语言最有代表性的是VerilogHDL、 VHDL和ABEL HDL等。
CPLD和verilogHDL编程技术
上节复习
CPLD
• CPLD是“复杂可编程逻辑器件”的缩写。
– 它可以完成任何数字器件的功能，上至高性 能的CPU，下至简单的74系列数字电路。
– 它就象一堆积木，可以通过传统的原理图输 入法或硬件描述语言自由的设计一个数字系 统。
– 通过软件仿真，可以事先验证设计的正确性。 – 用CPLD开发电路，设计周期智短，费用低，
• CPLD
– EPPROM 或 FLASH 工艺；直接烧写程序调 电后程序不会消失；一般可以擦写几百次， 并且一般宏单元在 512 以下。比如 ALTERA 的MAX3000/5000/7000/9000和 CLASSIC 系 列
CPLD/FPGA的基本工作原理
• 基于乘积项结构 PLD 的逻辑实现原理
– 它是厂家作为一种通用型器件生产的半定制 电路，用户可以利用软、硬件开发工具对器 件进行设计和编程，使之实现所需要的逻辑 功能。
– 它是用户可配置的逻辑器件，使用灵活，设 计周期短，费用低，而且可可靠性好，承担 风险小，因而很快得到普遍应用，发展迅速。
可编程逻辑器件的发展及特点
• PLD，通过软件编程可以实现这些门电 路不同的连接关系，从而使PLD对外完 成不同的功能，并且这些门电路的连接 关系可以不断地用软件来改变。
可编程逻辑器件的开发
• 一、可编程逻辑器件的设计过程
设计准备 设计输入 器件选择与编译
修改设计
开发
• “自顶向下”的设计方法
– 首先进行顶层功能框图划分和结构设计，然 后再逐级设计低层结构。
– 描述系统总功能的模块放在最上层称为顶层 设计，描述系统某一部分功能的模块放在下 层，称为底层设计。
– 自顶向下的设计方法使整个系统设计变得简 洁和方便，并且有利于提高设计的成功率。
可编程逻辑器件的发展及特点
• FPGA:
– SRAM 工艺；直接烧写程序掉电后程序丢失； 理论上擦写 100 万次以上；一般使用需要外 挂 EEPROM，可以达到几百万门电路。比 如 ALTERA 公司的 APEX、FLEX、ACEX、 STRATIX、CYCLONE 系列。
可编程逻辑器件的发展及特点
第一章 CPLD与FPGA概述
• PLD（Programmable Logic Device）
– 可编程逻辑器件，数字集成电路的半成品 – 其芯片上按一定排列方式集成了大量的门和
触发器，用户按设计要求将这些片内元件连 接起来（编程），使之完成某个系统功能， 成为一个可在实际电子系统中使用的专用集 成电路。 – CPLD （Complex Programmable Logic Device） 和FPGA（Field Programmble Gate Array）是 目前最广泛应用的
可靠性好。
verilogHDL
• 硬件描述语言HDL（Hardware Description Language）是一种用形式化方法描述数字电 路和系统的语言。
– 用其来编写设计文件，建立电路系统仿真模型， 利用计算机和EDA工具，对用硬件描述语言建 模的数字逻辑进行仿真，然后再综合，以生成 符合要求且在电路结构上可以实现的数字逻辑 网表，根据网表和某种工艺的器件，自动生成 具体电路，然后生成该工艺条件下这种具体电 路的延时模型，仿真验证无误后，写入CPLD器 件中。
可编程逻辑器件的发展及特点
• ASIC是专门为某一应用领域或为专门用 户需要而设计制造的LSI或VLSI电路，它 可以将某些专用电路或电子系统设计在 一个芯片上，构成单片集成系统 （SOC）。
• ASIC分为全定制和半定制两类。
可编程逻辑器件的发展及特点
• 可编程逻辑器件是ASIC的一个重要分支