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PLD/FPGA入门新手必备基础知识
发布时间:2024-02-03
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本文摘要:PLD是可编程逻辑器件(ProgramableLogicDevice)的全称,FPGA是现场可编程门阵列(FieldProgramableGateArray)的全称,两者的功能基本相同,只是构建原理略有不同,所以我们有时可以忽视这两者的区别,总称为可编程逻辑器件或PLD/FPGA。PLD是电子设计领域中最不具活力和发展前途的一项技术,它的影响丝毫远不如70年代单片机的发明者和用于。

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PLD是可编程逻辑器件(ProgramableLogicDevice)的全称,FPGA是现场可编程门阵列(FieldProgramableGateArray)的全称,两者的功能基本相同,只是构建原理略有不同,所以我们有时可以忽视这两者的区别,总称为可编程逻辑器件或PLD/FPGA。PLD是电子设计领域中最不具活力和发展前途的一项技术,它的影响丝毫远不如70年代单片机的发明者和用于。

  PLD能做到什么呢?可以从不滑稽的讲,PLD能已完成任何数字器件的功能,上至高性能CPU,下至非常简单的74电路,都可以用PLD来构建。PLD如同一张白纸或是一堆积木,工程师可以通过传统的原理图输入法,或是硬件描述语言权利的设计一个数字系统。

通过软件建模,我们可以事前检验设计的正确性。在PCB已完成以后,还可以利用PLD的在线改动能力,随时改动设计而不用改动硬件电路。用于PLD来研发数字电路,可以大大缩短设计时间,增加PCB面积,提升系统的可靠性。PLD的这些优点使得PLD技术在90年代以后获得飞速的发展,同时也大大推展了EDA软件和硬件描述语言(HDL)的变革。

  如何用于PLD呢?只不过PLD的用于很非常简单,自学PLD比自学单片机要非常简单的多,有数字电路基础,不会用于计算机,就可以展开PLD的研发。不熟知PLD的朋友,可以再行看一看可编程逻辑器件的发展历程。当今社会是数字化的社会,是数字集成电路广泛应用的社会。

数字集成电路本身在大大地展开更新换代。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路(VLSIC,几万门以上)以及许多具备特定功能的专用集成电路。但是,随着微电子技术的发展,设计与生产集成电路的任务已不几乎由半导体厂商来独立国家分担。系统设计师们更加不愿自己设计专用集成电路(ASIC)芯片,而且期望ASIC的设计周期尽量较短,最差是在实验室里就能设计出有适合的ASIC芯片,并且立刻投放实际应用于之中,因而经常出现了现场可编程逻辑器件(FPLD),其中应用于最普遍的当属现场可编程门阵列(FPGA)和简单可编程逻辑器件(CPLD)。

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早期的可编程逻辑器件只有可编程读入存贮器(PROM)、紫外线可按除读入存贮器(EPROM)和电可读取读入存贮器(EEPROM)三种。由于结构的容许,它们不能已完成非常简单的数字逻辑功能。

其后,经常出现了一类结构上略为简单的可编程芯片,即可编程逻辑器件(PLD),它需要已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构成,而给定一个人组逻辑都可以用与一或表达式来叙述,所以,PLD能以乘积和的形式已完成大量的人组逻辑功能.这一阶段的产品主要有PAL(可编程阵列逻辑)和GAL(标准化阵列逻辑)。PAL由一个可编程的与平面和一个相同的或平面包含,或门的赢.出有可以通过触发器有选择地被置为存放状态。

PAL器件是现场可编程的,它的构建工艺有鼓吹熔丝技术、EPROM技术和EEPROM技术。还有一类结构更加灵活性的逻辑器件是可编程逻辑阵列(PLA),它也由一个与平面和一个或平面包含,但是这两个平面的相连关系是可编程的。PLA器件既有现场可编程的,也有掩膜可编程的。

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在PAL的基础上,又发展了一种标准化阵列逻辑GAL(GenericArrayLogic),如GAL16V8,GAL22V10等。它使用了EEPROM工艺,构建了电可按除、电可重写,其输入结构是可编程的逻辑宏单元,因而它的设计具备很强的灵活性,至今仍有许多人用于。这些早期的PLD器件的一个联合特点是可以构建速度特性较好的逻辑功能,但其过分非常简单的结构也使它们不能构建规模较小的电路。  为了填补这一缺失,lATTICE发售了类似于PAL结构的拓展型CPLD(ComplexProgrammab1eLogicDvice)和与标准门阵列类似于的FPGA(FieldProgrammableGateArray),它们都具备体系结构和逻辑单元灵活性、集成度低以及适用范围长等特点。

这两种器件相容了PLD和标准化门阵列的优点,可实现较大规模的电路,编程也很灵活性。与门阵列等其它ASIC(ApplicationSpecificIC)比起,它们又具备设计研发周期短、设计生产成本低、开发工具先进设备、标准产品需要测试、质量平稳以及可动态在线检验等优点,因此被普遍应用于产品的原型设计和产品生产(一般在10,000件以下)之中。

完全所有应用于门阵列、PLD和中小规模标准化数字集成电路的场合均可应用于FPGA和CPLD器件。


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