可编程逻辑器件（EDA）：第2章 FPGA与CPLD的结构原理-辅助课件-ST.ppt

在电子设计自动化（EDA）领域，可编程逻辑器件（PLD）是不可或缺的一部分，它们能够根据设计需求灵活地实现逻辑功能。本章主要探讨的是两种常见的PLD类型：复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA），以及它们的结构原理。 PLD的基本概念是这样的：它由“与”阵列和“或”阵列构成，能够以“积之和”的形式实现布尔逻辑函数。简单来说，PLD允许工程师自定义电路逻辑，以适应不同的应用需求。 PLD有多种类型，包括： 1. 可编程只读存储器（PROM）：其内部是固定的“与”阵列和可编程的“或”阵列，可以实现简单的逻辑功能。 2. 可编程逻辑阵列（PLA）：拥有可编程的“与”和“或”阵列，提供更丰富的逻辑配置可能性。 3. 可编程阵列逻辑（PAL）：这里的“与”阵列可编程，而“或”阵列是固定的，适用于特定的逻辑表达式。 4. 通用阵列逻辑（GAL）：GAL与PAL类似，但增加了输出逻辑宏单元（OLMC），使得输出逻辑可以更加灵活地定制。 以PAL为例，其内部结构包括固定的“与”阵列和可编程的“或”阵列。通过编程，我们可以定义这些阵列的连接方式，以实现所需的逻辑函数。然而，如果设计的需求超出了PAL的能力范围，例如在需要更多乘积项或更复杂的逻辑操作时，就需要转向更高级的PLD，如CPLD和FPGA。 CPLD，复杂可编程逻辑器件，是从PAL和GAL发展而来的。CPLD由I/O块、功能块（FB）和互连矩阵三部分组成。其特点是结构清晰，时间可预测性较强，且采用了EEPROM工艺，支持多次编程。CPLD的扩展趋势包括可擦除PLD和FPGA。FPGA是一种更为复杂的PLD，它由大量的可编程逻辑单元（如MAX7000系列的宏单元）组成，每个逻辑单元包括逻辑阵列、乘积项选择矩阵、可编程寄存器等，并通过可编程连线阵列（PIA）进行连接，允许高度灵活的布线。 在硬件测试方面，对CPLD和FPGA的验证通常需要使用专门的编程设备和软件工具。这些工具可以生成配置文件，通过JTAG接口或其他配置方式将逻辑设计烧录到PLD中，然后通过逻辑分析仪、示波器等设备验证设计是否符合预期。 大规模PLD产品则提供了更高的集成度和性能，适用于更复杂的应用场景，如通信系统、数据中心、嵌入式系统等。随着技术的发展，PLD的性能和密度持续提升，同时功耗和成本也在不断优化，使得它们在现代电子设计中扮演着越来越重要的角色。 了解并掌握PLD、CPLD和FPGA的结构原理是电子工程和嵌入式系统设计的基础，对于实现高效、灵活的数字逻辑设计至关重要。通过熟练运用这些知识，工程师能够创建出满足特定需求的定制化硬件解决方案。