第二章 可编程逻辑器件
第二章 可编程逻辑器件
主要内容 ·可编程逻辑器件的发展进程和分类 ·复杂可编程逻辑器件(CPLD) ·现场可编程门阵列(FPGA) ·可编程逻辑器件的编程与配置 ·可编程逻辑器件应用选择原则
主要内容 • 可编程逻辑器件的发展进程和分类 • 复杂可编程逻辑器件（CPLD） • 现场可编程门阵列（FPGA） • 可编程逻辑器件的编程与配置 • 可编程逻辑器件应用选择原则
2.1概述 2.1.1PLD的发展进程 PLD(Programmable Logic Device)器件的 发展经历了以下四个发展阶段： ·可编程只读存储器PROM和可编程逻辑阵列PLA; ·可编程阵列逻辑PAL； ·通用可编程阵列逻辑GAL, 复杂可编程逻辑器件CPLD和现场可编程门阵列 FPGA
2.1 概述 2.1.1 PLD的发展进程 PLD（Programmable Logic Device）器件的 发展经历了以下四个发展阶段： • 可编程只读存储器PROM和可编程逻辑阵列PLA； • 可编程阵列逻辑PAL； • 通用可编程阵列逻辑GAL； • 复杂可编程逻辑器件CPLD和现场可编程门阵列 FPGA
2.1.2PLD的分类 1,依据可编程逻辑器件的集成度分类 可编程逻辑器件 低密度可编程 高密度可编程 逻辑器件 逻辑器件 PROM EPROM EEPROM PLA PAI GAL CPLD FPGA 图2.1可编程逻辑器件密度分类
2.1.2 PLD的分类 1. 依据可编程逻辑器件的集成度分类 PROM EPROM EEPROM PLA PAL GAL CPLD FPGA 低密度可编程 逻辑器件 高密度可编程 逻辑器件 图2.1 可编程逻辑器件密度分类 可编程逻辑器件
2.1.2 PLD的分类（续） 2,依据互连结构分类 分为确定型和统计型 3,依据可编程特性分类 分为一次可编程和重复可编程 4.依据可编程器件的编程元件分类 。熔丝型开关：一次可编程，需要较大的编程电流； ·可编程低阻电路元件：多次编程，需中等编程电压： ●EPROM编程元件：需要有石英窗口，紫外线擦除； 。EEPROM编程元件：可多次编程，电擦除； ·SRAM编程元件：可在线无限次编程
2.1.2 PLD的分类（续） 2. 依据互连结构分类 分为确定型和统计型 3. 依据可编程特性分类 分为一次可编程和重复可编程 4. 依据可编程器件的编程元件分类 • 熔丝型开关：一次可编程，需要较大的编程电流； • 可编程低阻电路元件：多次编程，需中等编程电压； • EPROM编程元件：需要有石英窗口，紫外线擦除； • EEPROM编程元件：可多次编程，电擦除； • SRAM编程元件：可在线无限次编程
2.2复杂可编程逻辑器件(CPLD) CPLD太都采用各种分区阵列绩构，每个区域内部相肖于 二个小规模的PLD,各区域之间通过可编程全局笪莲总线连 接，构成较天规模的CPLD器件。 小规模PLD 互连资源 (a) (b) (c) 图22CPLD的几种全局结构示意图
2.2复杂可编程逻辑器件（CPLD） CPLD大都采用各种分区阵列结构，每个区域内部相当于 一个小规模的PLD，各区域之间通过可编程全局互连总线连 接，构成较大规模的CPLD器件。 小规模PLD 互连资源 (a) (b) (c) 图2.2 CPLD的几种全局结构示意图
1,MAX7000系列器件的基本结构 MAX7000系列器件主要由2~16个逻辑阵列块LAB(Logic Array Bock)、2~16个I/O控制模块和一个可编程互连阵列 PIA(Programmable Interconnect Array)三部分构成。 全局时钟 全局活零 销出使能】 输出使能2 LABA 路8： 10控制模块 8如16 宏单元 36 30 宏单元 8to16 1到16 17到32 908 16 6 控制模块 8 to 18 816 中 LABC LABD 16控制模块 8o16 ■ 宏单元 38 宏单元 33道48 49到64 16 10控制模块 8 ● 图2.3MAX7000系列器件结构示意图
1．MAX7000系列器件的基本结构 MAX7000系列器件主要由2～16个逻辑阵列块LAB(Logic Array Block)、2～16个I/O控制模块和一个可编程互连阵列 PIA(Programmable Interconnect Array)三部分构成
2,MAX7000系列器件的逻辑宏单元结构 MAX7000系列器件中的逻辑宏单元是器件实现逻辑功能的主体，它 主要由逻辑阵列、乘积项选择矩阵和可编程寄存器三个功能块组成，每 一个宏单元可以被单独地配置为时序逻辑或组合逻辑工作方式。 金5金局 逻每阵列 香琴时钟 来自 来自其他 2 I/0 宠单元的 快速输可缤程 引迎 并行扩展 入选怪音存器 岛存器 旁路 到I/0 控制 乘积 模块 项选 时钟 怪纯 选择 复的 选择 共卒巡细 到PIA 扩展项 来自PIA的 16个扩展痕积项 6个倍号 图2.4 MAX7O00系列器件逻辑宏单元结构
2．MAX7000系列器件的逻辑宏单元结构 MAX7000系列器件中的逻辑宏单元是器件实现逻辑功能的主体，它 主要由逻辑阵列、乘积项选择矩阵和可编程寄存器三个功能块组成，每 一个宏单元可以被单独地配置为时序逻辑或组合逻辑工作方式
2,MAX7000系列器件逻辑宏单元结构（续1） ·逻辑阵列功能模块 每个LAB有16个共享扩展项，每一个共享乘积项可以被LAB内任何一 个或全部宏单元使用和共享，以便实现复杂的逻辑函数。 密单元 乘积项 乘积项选怪矩阵 宠单元 乘枳项 来自PIA的 16个扩展乘积项 36个格号
2．MAX7000系列器件逻辑宏单元结构（续1） • 逻辑阵列功能模块 每个LAB有16个共享扩展项，每一个共享乘积项可以被LAB内任何一 个或全部宏单元使用和共享，以便实现复杂的逻辑函数
2,MAX7000系列器件逻辑宏单元结构（续2） ·逻辑阵列功能模块 除共享乘积项外可使用并联扩展乘积项实现复杂逻辑函数。此时，最 多允许20个乘积项直接传送到逻辑宏单元的"“或”逻辑中，其中5个乘 积项是由宏单元本身提供的，15个并联扩展项是从同一个LAB中相邻宏 单元借用的。 自前一个老单元 Prese 花单元 乘积项 乘积 Preset Clear 到后一个蔻单元 来自PIA的 16个扩展 36个偕号
2．MAX7000系列器件逻辑宏单元结构（续2） • 逻辑阵列功能模块 除共享乘积项外可使用并联扩展乘积项实现复杂逻辑函数。此时，最 多允许20个乘积项直接传送到逻辑宏单元的“或”逻辑中，其中5个乘 积项是由宏单元本身提供的，15个并联扩展项是从同一个LAB中相邻宏 单元借用的