可编程逻辑器件(EDA)第二章：FPGA与CPLD结构原理讲解-辅助课件-ST.ppt

简介：
本PPT为《可编程逻辑器件(EDA)》课程第二章学习辅助材料，详细解析了FPGA和CPLD的内部结构及工作原理，帮助学生深入理解两种器件的特点与应用场景。 在电子设计自动化（EDA）领域内，可编程逻辑器件（PLD）是不可或缺的一部分，它们能够根据不同的设计需求灵活地实现各种逻辑功能。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），以及这两种设备的结构原理。 PLD的基本概念在于其由“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来适应不同的应用需求。 PLD有多种类型： 1. 可编程只读存储器（PROM）：其内部结构包括固定的“与”阵列和可编程的“或”阵列，能够实现简单的逻辑功能。 2. 可编程逻辑阵列（PLA）：拥有完全可配置的“与”和“或”阵列，提供更丰富的逻辑设置选项。 3. 可编程阵列逻辑（PAL）：这里的“与”阵列为可编程，“或”阵列为固定结构，适用于特定类型的逻辑表达式需求。 4. 通用阵列逻辑（GAL）：这种设备类似于PAL，并增加了输出逻辑宏单元（OLMC），使得其输出逻辑更加灵活。 以PAL为例，它由固定的“与”阵列和可编程的“或”阵列组成。通过配置这些阵列之间的连接方式，可以实现所需的特定布尔函数。然而，在设计需求超出PAL的能力范围时，例如需要更多乘积项或者更复杂的逻辑操作的情况下，则需采用更高阶别的PLD如CPLD和FPGA。 复杂可编程逻辑器件（CPLD）是从早期的PAL和GAL发展而来的。它由输入输出块、功能单元以及互连矩阵构成。其特点在于结构清晰，时间预测性良好，并且使用了EEPROM工艺支持多次编程的能力。随着技术的发展趋势，CPLD已演变为可擦除型PLD及FPGA。 现场可编程门阵列（FPGA）是一种更为复杂的PLD类型，它由大量的可配置逻辑单元组成，每个这样的单元内部包括如逻辑数组、乘积项选择矩阵和寄存器等，并通过一个灵活的布线系统连接起来。这种高度灵活性允许工程师根据特定需求构建定制化的硬件解决方案。 在进行硬件测试时，对CPLD和FPGA的设计验证通常需要使用专门的编程设备与软件工具来生成配置文件并通过JTAG接口或其他方式将逻辑设计烧录到器件中，并通过诸如逻辑分析仪、示波器等仪器确认设计是否符合预期性能指标。 大规模PLD产品提供了更高的集成度及性能，适用于各种复杂的应用场景如通信系统、数据中心和嵌入式设备。随着技术的进步，这些产品的效能与密度持续提升的同时还不断优化功耗与成本表现，在现代电子设计中扮演着日益重要的角色。 掌握并理解PLD、CPLD以及FPGA的结构原理对于实现高效且灵活的数字逻辑设计而言至关重要。通过熟练运用此类知识和工具，工程师能够创造出满足特定需求的定制化硬件解决方案。