1、第七章 高密度可編程器件第第7 7章章高密度可編程器件高密度可編程器件 可編程邏輯器件按器件的集成度劃分可編程邏輯器件按器件的集成度劃分, ,可分成可分成低密度低密度可編程邏輯器件可編程邏輯器件（LDPLDLDPLD）和）和高密度可編程器件高密度可編程器件(HDPLD(HDPLD） 低密度可編程邏輯器件：低密度可編程邏輯器件：PROMPROM、PLAPLA、PALPAL、GALGAL等等, , 通常稱作通常稱作PLDPLD器件（前一章已經(jīng)介紹）器件（前一章已經(jīng)介紹） 高密度可編程器件：高密度可編程器件：CPLDCPLD（復雜的（復雜的PLD)PLD) FPGAFPGA( (現(xiàn)場可編程門陣列現(xiàn)場

2、可編程門陣列 ) )第七章 高密度可編程器件CPLD:CPLD:集成規(guī)模大于集成規(guī)模大于10001000門門( (等效門）以上。等效門）以上。 其結(jié)構(gòu)與其結(jié)構(gòu)與GALGAL無本質(zhì)區(qū)別，依然是由與陣列、或無本質(zhì)區(qū)別，依然是由與陣列、或陣列、輸入緩沖、輸入緩沖電路、輸出宏單元組成。陣列、輸入緩沖、輸入緩沖電路、輸出宏單元組成。 其與陣列比其與陣列比GALGAL大得多大得多: :這不是靠簡單的增大陣這不是靠簡單的增大陣列的輸入、輸出口達到（這樣會增大芯片成本并影響運行列的輸入、輸出口達到（這樣會增大芯片成本并影響運行速度）。速度）。 在在CPLDCPLD中，通常將整個邏輯分為幾個中，通常將整個邏輯分

3、為幾個區(qū)區(qū)。每個。每個區(qū)相當于一個大的區(qū)相當于一個大的GALGAL或數(shù)個或數(shù)個GALGAL的組合，再用總線實現(xiàn)各的組合，再用總線實現(xiàn)各區(qū)之間的邏輯互連，如美國區(qū)之間的邏輯互連，如美國LatticeLattice公司的公司的ISPISP器件。器件。第七章 高密度可編程器件FPGAFPGA：現(xiàn)場可編程門陣列：現(xiàn)場可編程門陣列 現(xiàn)場可編程：用戶在自己的工作室內(nèi)編程現(xiàn)場可編程：用戶在自己的工作室內(nèi)編程 由于門陣列中的基本器件是門，用門來組成觸發(fā)由于門陣列中的基本器件是門，用門來組成觸發(fā)器進而構(gòu)成電路和系統(tǒng)，其互連遠比器進而構(gòu)成電路和系統(tǒng)，其互連遠比PLDPLD的與、或加觸發(fā)的與、或加觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)復雜器

4、的結(jié)構(gòu)復雜, ,所以在構(gòu)造所以在構(gòu)造FPGAFPGA時改用了時改用了單元結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu), ,即在即在陣列的各個節(jié)點上放的不再是一個單獨的門，而是門、陣列的各個節(jié)點上放的不再是一個單獨的門，而是門、觸發(fā)器等做成的觸發(fā)器等做成的邏輯單元邏輯單元，并在各個單元之間預先制作，并在各個單元之間預先制作了許多連線關(guān)系依靠連接點的合適配置，實現(xiàn)各邏輯單了許多連線關(guān)系依靠連接點的合適配置，實現(xiàn)各邏輯單元之間的互連。元之間的互連。 嚴格地說，嚴格地說，F(xiàn)PGAFPGA不是門陣列，而是邏輯單元陣列，不是門陣列，而是邏輯單元陣列，它與門陣列只是在陣列結(jié)構(gòu)上相似而已。它與門陣列只是在陣列結(jié)構(gòu)上相似而已。第七章 高密度可

5、編程器件7.1在系統(tǒng)可編程技術(shù)在系統(tǒng)可編程技術(shù)7.2ISP器件的結(jié)構(gòu)與原理器件的結(jié)構(gòu)與原理7.3在系統(tǒng)編程原理在系統(tǒng)編程原理7.4FPGA器件器件7.5基于可編程器件的電路設(shè)計實例分析基于可編程器件的電路設(shè)計實例分析第七章 高密度可編程器件7.1 .7.1 .在系統(tǒng)可編程技術(shù)在系統(tǒng)可編程技術(shù) ISP ISP技術(shù)：是技術(shù)：是LatticeLattice半導體公司首先提出來的一種能設(shè)半導體公司首先提出來的一種能設(shè)計電路和系統(tǒng)的最新技術(shù)。計電路和系統(tǒng)的最新技術(shù)。 在系統(tǒng)編程：是指對器件、電路板、整個電子系統(tǒng)進行在系統(tǒng)編程：是指對器件、電路板、整個電子系統(tǒng)進行邏邏輯重構(gòu)和修改功能的能力。邏邏輯重構(gòu)和修

6、改功能的能力。 常規(guī)常規(guī)PLDPLD在使用中通常是在使用中通常是先編程后裝配先編程后裝配；而采用；而采用ISPISP技術(shù)技術(shù)的的PLDPLD，則是，則是先裝配后編程先裝配后編程，且成為產(chǎn)品之后還可反復編程。，且成為產(chǎn)品之后還可反復編程。 ISPISP技術(shù)為用戶提供了傳統(tǒng)的技術(shù)為用戶提供了傳統(tǒng)的PLDPLD技術(shù)無法達到的靈活性，技術(shù)無法達到的靈活性，帶來了巨大的時間效益和經(jīng)濟效益，使硬件設(shè)計變得像軟帶來了巨大的時間效益和經(jīng)濟效益，使硬件設(shè)計變得像軟軟件一樣易于修改?，F(xiàn)從數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)字系統(tǒng)生產(chǎn)兩軟件一樣易于修改?，F(xiàn)從數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)字系統(tǒng)生產(chǎn)兩方面敘述其特點。方面敘述其特點。第七章 高密度可編

7、程器件第七章 高密度可編程器件7.27.2ISPLSIISPLSI器件的結(jié)構(gòu)與原理器件的結(jié)構(gòu)與原理 Lattice Lattice公司的公司的CPLDCPLD產(chǎn)品，有產(chǎn)品，有ispLSIispLSI、ispMACHispMACH和和GALGAL等等多種系列和型號，目前市場上以多種系列和型號，目前市場上以ispMACH 4000V/B/CispMACH 4000V/B/C系列器件系列器件為主要產(chǎn)品，有為主要產(chǎn)品，有3.3V3.3V、2.5V 2.5V 和和 1.8V 1.8V 三種供電電壓，器件的三種供電電壓，器件的宏單元個數(shù)從宏單元個數(shù)從3232到到512512不等。引腳從不等。引腳從4444

8、到到256 256 不等、具有多種不等、具有多種密度和密度和I/OI/O組合及組合及TQFPTQFP、fpBGAfpBGA和和caBGAcaBGA等封裝。但基本結(jié)構(gòu)和等封裝。但基本結(jié)構(gòu)和功能相似，都具有在系統(tǒng)可編程能力，只是各個系列的側(cè)重點功能相似，都具有在系統(tǒng)可編程能力，只是各個系列的側(cè)重點不一樣，結(jié)構(gòu)規(guī)模、性能強弱略有區(qū)別，速度和密度也各有差不一樣，結(jié)構(gòu)規(guī)模、性能強弱略有區(qū)別，速度和密度也各有差異。下面就以異。下面就以ispLSIispLSI的基本系列的基本系列ispLSI1000ispLSI1000為例，討論它的結(jié)為例，討論它的結(jié)構(gòu)及工作原理。構(gòu)及工作原理。 第七章 高密度可編程器件10

9、16)(器件系列器件系列PLSIISPLSI器件型號器件型號速度速度110=110MHzfmax90=90MHzfmax80=80MHzfmax60=60MHzfmax級別級別空空=商業(yè)級商業(yè)級I=工業(yè)級工業(yè)級/883=軍級軍級封裝形式封裝形式J=PLCCT=TQFPH=HLCC功耗功耗L=低功耗低功耗ispLSI1016ispLSI1016是是ispLSI1000ispLSI1000系列中的一個型號器件。系列中的一個型號器件。10161016的的主要性能指標有速度、功耗等。主要性能指標有速度、功耗等。10161016按其速度可分為許多按其速度可分為許多檔級，這些都明白地表示在其型號說明上，規(guī)

10、則如下檔級，這些都明白地表示在其型號說明上，規(guī)則如下: : 例如例如ispLSI1016-60LJ指最高工作頻率指最高工作頻率fmax為為60MHz、低功耗、低功耗、PLCC封裝的在系統(tǒng)編程封裝的在系統(tǒng)編程1016器件器件第七章 高密度可編程器件ispLSI1016ispLSI1016是電可擦是電可擦CMOS(ECMOS(E2 2-CMOS)-CMOS)器件，器件，其芯片有其芯片有4444個引腳，個引腳，其中其中3232個是個是I/OI/O引腳，引腳，4 4個是專用輸入引腳，個是專用輸入引腳，集成密度為集成密度為20002000等效等效門，每片含門，每片含6464個觸發(fā)個觸發(fā)器和器和3232個

11、鎖存器個鎖存器, ,pin-to-pinpin-to-pin延遲為延遲為10ns10ns系統(tǒng)工作頻率可達系統(tǒng)工作頻率可達110110MHzMHz。 ispLSI1016ispLSI1016的引腳圖的引腳圖第七章 高密度可編程器件全全局局布布線線區(qū)區(qū)萬萬能能邏邏輯輯塊塊輸輸入入輸輸出出單單元元輸輸出出布布線線區(qū)區(qū)大塊輸出結(jié)構(gòu)大塊輸出結(jié)構(gòu)時鐘分配網(wǎng)絡(luò)時鐘分配網(wǎng)絡(luò)第七章 高密度可編程器件 全局布線區(qū)全局布線區(qū): : 全局布線區(qū)全局布線區(qū)GRPGRP位于芯片的中央。以固定的方式將所有位于芯片的中央。以固定的方式將所有片內(nèi)邏輯聯(lián)系在一起，供設(shè)計者使用。它和通用總線片內(nèi)邏輯聯(lián)系在一起，供設(shè)計者使用。它和通

12、用總線的功能一致，其特點是其輸入的功能一致，其特點是其輸入/ /輸出之間的延遲是恒定輸出之間的延遲是恒定的和可預知的。例如：的和可預知的。例如：110MHz110MHz檔級的芯片在帶有檔級的芯片在帶有4 4個個GLBGLB負載時其延遲時間為負載時其延遲時間為0.80.8nsns，和輸入、輸出的位置，和輸入、輸出的位置無關(guān)。這個特點使片內(nèi)互連性非常完善，使用者可以無關(guān)。這個特點使片內(nèi)互連性非常完善，使用者可以很方便地實現(xiàn)各種復雜的設(shè)計。很方便地實現(xiàn)各種復雜的設(shè)計。 第七章 高密度可編程器件萬能邏輯塊萬能邏輯塊GLB(GenericGLB(GenericLogicLogicBlock) :Bloc

13、k) :萬能邏輯塊萬能邏輯塊GLBGLB是是ispLSIispLSI器件的最基本邏輯單元，是圖中器件的最基本邏輯單元，是圖中GRPGRP兩邊的小方塊，標為兩邊的小方塊，標為A0A0，A1A1，A7A7和和B0B0，B1,B1,，B7B7，每邊，每邊8 8塊，共塊，共1616塊。塊。GLBGLB的結(jié)構(gòu)圖，它由與陣列、乘積項共享陣列，四輸出邏的結(jié)構(gòu)圖，它由與陣列、乘積項共享陣列，四輸出邏輯宏單元和控制邏輯組成。輯宏單元和控制邏輯組成。與與陣陣列列乘積項乘積項共享陣列共享陣列四輸出邏輯四輸出邏輯宏單元宏單元控制邏輯控制邏輯乘乘積積項項20輸出輸出至至GRP，ORP或或I/044復位復位時鐘時鐘專用輸

14、入專用輸入來自來自GRP的輸入的輸入162GLB結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第七章 高密度可編程器件第七章 高密度可編程器件第七章 高密度可編程器件第七章 高密度可編程器件GLBGLB的組態(tài)功能很強的組態(tài)功能很強, ,可有五種組態(tài)模式可有五種組態(tài)模式: :(1) (1) 標準組態(tài)標準組態(tài)(2) (2) 高速直通組態(tài)高速直通組態(tài)(3) (3) 異或邏輯組態(tài)異或邏輯組態(tài)(4) (4) 單乘積項組態(tài)單乘積項組態(tài) (5) (5) 多模式組態(tài)多模式組態(tài)GLBGLB是是ispLSIispLSI芯片中最關(guān)鍵的部件，它是一種標準邏輯芯片中最關(guān)鍵的部件，它是一種標準邏輯塊，塊，10001000，20002000系列的系列的GLBG

15、LB都與此相同，都與此相同，30003000和和60006000系系列的列的GLBGLB則采用了則采用了: : 孿生孿生GLB(twinGLB(twinGLB)GLB)即一個即一個GLBGLB中有兩個這樣的邏輯塊，共有中有兩個這樣的邏輯塊，共有2424個輸入，每個輸入，每個邏輯塊各自產(chǎn)生個邏輯塊各自產(chǎn)生 2020個乘積項，最終可以獲得兩套四個乘積項，最終可以獲得兩套四端口輸出端口輸出第七章 高密度可編程器件(a)(a)標準組態(tài)標準組態(tài): :第七章 高密度可編程器件（b b）高速直通組態(tài)）高速直通組態(tài)第七章 高密度可編程器件（c c）異或邏輯組態(tài)）異或邏輯組態(tài)第七章 高密度可編程器件（d d）單

16、乘積項組態(tài)）單乘積項組態(tài)第七章 高密度可編程器件（e e）多模式組態(tài)）多模式組態(tài)第七章 高密度可編程器件孿生孿生GLB:GLB:第七章 高密度可編程器件MUX選擇端選擇端00輸出組態(tài)輸出組態(tài)01，10雙向雙向I/O11輸入組態(tài)輸入組態(tài)兩個兩個MUX用來選擇輸出極性和選擇信號輸出途徑用來選擇輸出極性和選擇信號輸出途徑選擇輸入組態(tài)方式選擇輸入組態(tài)方式直接輸入直接輸入鎖存（鎖存（latch)方式方式寄存器寄存器(register)方式方式選擇和調(diào)整時鐘的極性選擇和調(diào)整時鐘的極性輸入輸出單元輸入輸出單元第七章 高密度可編程器件陣列有陣列有16個輸出端個輸出端分別與該側(cè)的分別與該側(cè)的16個個IOC相連相

17、連在在ORP旁邊還旁邊還有有16條通向條通向GRP的總線，的總線，I/O單元可以單元可以使用使用,GLB的的輸出也可通輸出也可通過過ORP使用它使用它從而方便地從而方便地實現(xiàn)了實現(xiàn)了I/O端端復用的功能和復用的功能和GLB之間的互之間的互連。連。輸輸出出布布線線區(qū)區(qū)陣列的輸入是陣列的輸入是8個個GLB的的32個輸入端個輸入端它是介于它是介于GLB和和IOC之間的可編程互聯(lián)陣列之間的可編程互聯(lián)陣列,通過對通過對ORP的編程可以將的編程可以將任一個任一個GLB輸出靈活地送到輸出靈活地送到16個個I/O端的某一個端的某一個。可見。可見1016的一大特點的一大特點是是IOC與與GLB之間沒有一一對應的

18、關(guān)系，每個之間沒有一一對應的關(guān)系，每個GLB輸出對應輸出對應4個個I/O端端在布線時可以接到任意一個外部管腳上。在布線時可以接到任意一個外部管腳上。修改設(shè)計方案會動到硬件引修改設(shè)計方案會動到硬件引腳分腳分配。配。輸出布線區(qū)輸出布線區(qū)ORP邏輯圖邏輯圖第七章 高密度可編程器件為進一步提高器件的靈活性，為進一步提高器件的靈活性，ispLSIispLSI器件還可使器件還可使GLBGLB的的輸出跨過輸出跨過ORPORP直接與直接與I/OI/O單元相連單元相連. . 跨越跨越OPROPR連接方式連接方式第七章 高密度可編程器件時鐘分配網(wǎng)絡(luò)還可以利用器件中的某一個時鐘分配網(wǎng)絡(luò)還可以利用器件中的某一個GLB

19、分頻產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘，如分頻產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘，如ispLSI1032中的中的GLB“C0”和和ispLSI1016中的中的GLB“B0”，它們的，它們的4個輸出可以接到個輸出可以接到CLK1，CLK2，IOCLK0和和IOCLK1系統(tǒng)時鐘上。系統(tǒng)時鐘上。ispLSIispLSI10001000系列器件中共有系列器件中共有4 4個專用的個專用的系統(tǒng)時鐘管腳系統(tǒng)時鐘管腳(Y0(Y0，Y1Y1，Y2Y2，Y3)Y3)，ispLSI1016ispLSI1016比較特殊，只有其中的比較特殊，只有其中的3 3個個(Y0(Y0，Y1Y1，Y2)Y2)。通過時鐘分配網(wǎng)絡(luò)，。通過時鐘分配網(wǎng)絡(luò)，這這3 3個管腳上的時鐘可

20、以分配給個管腳上的時鐘可以分配給GLBGLB或或IOCIOC。時鐘分配網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生時鐘分配網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生5 5個全局時鐘信號個全局時鐘信號CLK0CLK0，CLK1CLK1，CLK2CLK2，IOCLKOIOCLKO和和IOCLK1IOCLK1。CLK0CLK0，CLK1CLK1和和CLK2CLK2用作器件用作器件GLBGLB的時鐘，的時鐘，IOCLKOIOCLKO和和IOCLK1IOCLK1用作器件用作器件IOCIOC的時鐘。的時鐘。時鐘分配網(wǎng)絡(luò)（時鐘分配網(wǎng)絡(luò)（CDN)邏輯圖邏輯圖第七章 高密度可編程器件大塊方框圖大塊方框圖第七章 高密度可編程器件大塊的輸出使能控制大塊的輸出使能控制第七章 高密度可編

21、程器件ispLSI1032引腳圖引腳圖第七章 高密度可編程器件全全局局布布線線區(qū)區(qū)萬萬能能邏邏輯輯塊塊大塊輸出結(jié)構(gòu)大塊輸出結(jié)構(gòu)時鐘分配網(wǎng)絡(luò)時鐘分配網(wǎng)絡(luò)輸輸入入輸輸出出單單元元輸輸出出布布線線區(qū)區(qū)第七章 高密度可編程器件全全局局布布線線區(qū)區(qū)萬萬能能邏邏輯輯塊塊時鐘分配網(wǎng)絡(luò)時鐘分配網(wǎng)絡(luò)大塊輸出結(jié)構(gòu)大塊輸出結(jié)構(gòu)輸輸入入輸輸出出單單元元輸輸出出布布線線區(qū)區(qū)全局布線區(qū)全局布線區(qū)GRP（GlobolRoutingpool)位于芯片的中央，與位于芯片的中央，與ispLSI1016類似，類似，只是規(guī)模更大。只是規(guī)模更大。第七章 高密度可編程器件全全局局布布線線區(qū)區(qū)萬萬能能邏邏輯輯塊塊時鐘分配網(wǎng)絡(luò)時鐘分配網(wǎng)絡(luò)大

22、塊輸出結(jié)構(gòu)大塊輸出結(jié)構(gòu)輸輸入入輸輸出出單單元元輸輸出出布布線線區(qū)區(qū)萬能邏輯塊萬能邏輯塊GLB(Genericlogicblock)與與ispLSI1016類似，類似，ispLSI1032有有32個個GLB：（A0,A1A7;B0,B1.B7)(C0,C1.C7;D0,D1.D7)第七章 高密度可編程器件全全局局布布線線區(qū)區(qū)萬萬能能邏邏輯輯塊塊時鐘分配網(wǎng)絡(luò)時鐘分配網(wǎng)絡(luò)大塊輸出結(jié)構(gòu)大塊輸出結(jié)構(gòu)輸輸入入輸輸出出單單元元輸輸出出布布線線區(qū)區(qū)I/O單元：單元：ispLSI有有64個個I/O單元單元第七章 高密度可編程器件全全局局布布線線區(qū)區(qū)萬萬能能邏邏輯輯塊塊時鐘分配網(wǎng)絡(luò)時鐘分配網(wǎng)絡(luò)大塊輸出結(jié)構(gòu)大塊輸出

23、結(jié)構(gòu)輸輸入入輸輸出出單單元元輸輸出出布布線線區(qū)區(qū)IspLSI1032有有4個大塊個大塊第七章 高密度可編程器件全全局局布布線線區(qū)區(qū)萬萬能能邏邏輯輯塊塊時鐘分配網(wǎng)絡(luò)時鐘分配網(wǎng)絡(luò)大塊輸出結(jié)構(gòu)大塊輸出結(jié)構(gòu)輸輸入入輸輸出出單單元元輸輸出出布布線線區(qū)區(qū)與與ispLSI1016一樣一樣第七章 高密度可編程器件7.37.3在系統(tǒng)編程原理在系統(tǒng)編程原理 在系統(tǒng)可編程技術(shù)解決可編程邏輯器件的編程問題。傳在系統(tǒng)可編程技術(shù)解決可編程邏輯器件的編程問題。傳傳統(tǒng)可編程邏輯器件在用于生產(chǎn)時，是先編程后裝配，傳統(tǒng)可編程邏輯器件在用于生產(chǎn)時，是先編程后裝配，在系統(tǒng)可編程器件則可以先裝配后編程，并且成為產(chǎn)品在系統(tǒng)可編程器件則可

24、以先裝配后編程，并且成為產(chǎn)品后還可反復編程。后還可反復編程。7.3.17.3.1ISPISP器件編程元件的物理布局器件編程元件的物理布局 7.3.27.3.2ISPISP編程接口編程接口 7.3.37.3.3ISPISP器件的編程方式器件的編程方式 第七章 高密度可編程器件 器件的邏輯組態(tài)和其它編程信息的數(shù)據(jù)用器件的邏輯組態(tài)和其它編程信息的數(shù)據(jù)用E E2 2CMOSCMOS元件元件存儲，存儲，E E2 2CMOSCMOS元件按行和列排成陣列。每個元件按行和列排成陣列。每個E E2 2CMOSCMOS元件元件為一個存儲單元，單元置為一個存儲單元，單元置“0 0”表示這個單元已經(jīng)編程，表示這個單元

25、已經(jīng)編程，或者有一個邏輯連接；或者有一個邏輯連接；單元置單元置“1 1”表示這個單元被擦表示這個單元被擦除，相當于開路連接。在編程時，通過行地址和數(shù)據(jù)除，相當于開路連接。在編程時，通過行地址和數(shù)據(jù)位對位對E E2 2CMOSCMOS元件尋址。元件尋址。 有兩個串行移位寄存器：有兩個串行移位寄存器： 水平移位寄存器（要寫入的位數(shù)據(jù)）水平移位寄存器（要寫入的位數(shù)據(jù)） 垂直移位寄存器（陣列的行地址）垂直移位寄存器（陣列的行地址） 在變成脈沖的作用下將編程數(shù)據(jù)寫入在變成脈沖的作用下將編程數(shù)據(jù)寫入E E2 2CMOSCMOS陣列陣列第七章 高密度可編程器件E E2 2CMOSCMOS單元陣列單元陣列95

26、地址移位寄存器 0SD1SD0SD179 高端移位寄存器 . . . 0159. . . 低端移位寄存器 . . .80SD0數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)將要寫入的編程單元地址（L0000）移入地址移位寄存器 0 0 0 0 0 0 . 1L0000將要寫入的編程單元地址（L0000）移入地址移位寄存器將要寫入該行的數(shù)據(jù)移入水平移位寄存器0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 00 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0在編程脈沖的作用下將水平移位寄存器內(nèi)容寫入該行 1 0 0

27、0 0 0 . 0將地址移位寄存器移動一位，指向下一行（L0001)L000179 高端移位寄存器 . . . 00 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 00 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 將水平移位寄存器的內(nèi)容置入下行的編程數(shù)據(jù) 在編程脈沖作用下將數(shù)據(jù)寫入下行（L0001)第七章 高密度可編程器件 對于不同的型號器件，其編程單元數(shù)、數(shù)據(jù)移位寄存對于不同的型號器件，其編程單元數(shù)、數(shù)據(jù)移位寄存器和地址移位寄存器的長度是不一樣的，下表列出了幾器和地址移位寄存器的

28、長度是不一樣的，下表列出了幾種不同型號的種不同型號的ispLSIispLSI器件的編程參數(shù)。器件的編程參數(shù)。 地址地址SRSR長度長度數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)SRSR長度長度編程單元數(shù)編程單元數(shù)ispLSI1016/EispLSI1016/E ispLSI1024/EispLSI1024/EispLSI1032/EispLSI1032/EispLSI1048/CispLSI1048/CispLSI2032ispLSI2032ispLSI3256ispLSI325696/11096/110102/122102/122108/134108/134120/155120/15510210218018016016024

29、0240320320480/480480/480808067667615360/1760015360/1760024480/2928024480/2928034560/4288034560/4288057600/7440057600/74400 81608160121680121680ispLSI器件的編程參數(shù)器件的編程參數(shù)第七章 高密度可編程器件 在在ispLSIispLSI器件中，存儲單元除了存放和邏輯功能有關(guān)的數(shù)據(jù)器件中，存儲單元除了存放和邏輯功能有關(guān)的數(shù)據(jù)外，還有一部分存儲單元用來標記制造商和用戶的信息，這就是識外，還有一部分存儲單元用來標記制造商和用戶的信息，這就是識別碼和用戶電子標

30、簽。別碼和用戶電子標簽。每種每種ispLSI(ispLSI(包括包括ispisp的其它系列，如的其它系列，如ispGALispGAL、ispGDS)ispGDS)器件都有一個唯器件都有一個唯一的一的8 8位器件識別碼位器件識別碼(ID(ID碼碼) )，它代表器件的型號，這些，它代表器件的型號，這些IDID碼可以在編程碼可以在編程時讀出。時讀出。1 1）識別碼）識別碼2)2)用戶電子標簽用戶電子標簽(UES)(UES)用戶電子標簽由一些附加在可編程陣列中的額外的行組成，用來分配存用戶電子標簽由一些附加在可編程陣列中的額外的行組成，用來分配存儲用戶信息。例如制造商的識別碼、編程日期、編程者、方式碼

31、、校驗儲用戶信息。例如制造商的識別碼、編程日期、編程者、方式碼、校驗位、位、PCBPCB位置、版權(quán)號和產(chǎn)品流程等，位置、版權(quán)號和產(chǎn)品流程等，這些信息有助于用戶文檔的管理。這些信息有助于用戶文檔的管理。器件加密后，仍能夠讀出器件加密后，仍能夠讀出UESUES。當器件被擦除或重新編程時，。當器件被擦除或重新編程時，UESUES數(shù)據(jù)行數(shù)據(jù)行會被自動地擦除掉，防止老的與新用戶電子標簽相混。會被自動地擦除掉，防止老的與新用戶電子標簽相混。 第七章 高密度可編程器件器器件件8 8位位IDID碼碼ispLSI1016ispLSI1016器器件件8 8位位IDID碼碼ispLSI1032ispLSI1032i

32、spLSI032EispLSI032EispGAL22V10ispGAL22V10ispLSI2032ispLSI2032ispGDS22ispGDS22ispLSI3256ispLSI3256ispLSI1048EispLSI1048E000010000000100000010101000101010000110100001101ispLSI1048ispLSI10480000001100000011ispLSI1024ispLSI102400000001000000010000001000000010000011100000111000100010001000100111001001110

33、0100000010000000100ispLSIispLSI器件中還有一個器件中還有一個1616位的編程次數(shù)計數(shù)器，用來記錄位的編程次數(shù)計數(shù)器，用來記錄器件被編寫的次數(shù)，防止器件編程超過允許的次數(shù)而引起器件被編寫的次數(shù)，防止器件編程超過允許的次數(shù)而引起的不可靠。的不可靠。 第七章 高密度可編程器件ISP編程的接口只有編程的接口只有5個信號：個信號：MODE：模式控制輸入，為編程狀態(tài)機控制線；模式控制輸入，為編程狀態(tài)機控制線；SDI：串行數(shù)據(jù)輸入，同時也是編程狀態(tài)機的控制線；串行數(shù)據(jù)輸入，同時也是編程狀態(tài)機的控制線；SDO：串行數(shù)據(jù)輸出；串行數(shù)據(jù)輸出；SCLK：串行時鐘輸入；串行時鐘輸入；is

34、pEN：在系統(tǒng)編程使能輸入，控制器件的操作模式，在系統(tǒng)編程使能輸入，控制器件的操作模式，并切換并切換SDI，SD0，SCLK，MODE信號線的功能，一旦被拉信號線的功能，一旦被拉低，器件即進入編程模式。低，器件即進入編程模式。*對于對于MODE,SDI，SDO，SCLK這這4個引腳，只有當引腳個引腳，只有當引腳ispEN為低電平時才能接受編程電纜送來的編程信息；為低電平時才能接受編程電纜送來的編程信息；當當ispEN為高電平為高電平(正常狀態(tài)正常狀態(tài))時，它們都可作為輸入端時，它們都可作為輸入端(直通直通輸入端輸入端)使用。使用。第七章 高密度可編程器件對某一行的編程過程包括：對某一行的編程過

35、程包括：按地址和命令將按地址和命令將JED文件中的數(shù)據(jù)自文件中的數(shù)據(jù)自SDI端串行裝入端串行裝入數(shù)據(jù)寄存器；數(shù)據(jù)寄存器；將編程數(shù)據(jù)寫進將編程數(shù)據(jù)寫進E2CMOS邏輯單元；邏輯單元；將寫入的數(shù)據(jù)自將寫入的數(shù)據(jù)自SDO移出校驗等三個操作。移出校驗等三個操作。ispLSI中安排了一個編程狀態(tài)機來控制編程操作的執(zhí)行中安排了一個編程狀態(tài)機來控制編程操作的執(zhí)行編程狀態(tài)機實際上是有三個狀態(tài)的時序機，如圖所示。編程狀態(tài)機實際上是有三個狀態(tài)的時序機，如圖所示。三個狀態(tài)分別為閑置狀態(tài)、移位狀態(tài)和執(zhí)行狀態(tài)。三個狀態(tài)分別為閑置狀態(tài)、移位狀態(tài)和執(zhí)行狀態(tài)?？刂凭幊虪顟B(tài)機狀態(tài)轉(zhuǎn)換的信號有兩個：控制編程狀態(tài)機狀態(tài)轉(zhuǎn)換的信號有

36、兩個：MODE和和SDI第七章 高密度可編程器件閑置狀態(tài)（正常工作）裝載識別碼裝載識別碼10識別碼移位識別碼移位0d11移位狀態(tài)移位狀態(tài)（裝載命令）（裝載命令）執(zhí)行狀態(tài)執(zhí)行狀態(tài)（執(zhí)行命令）（執(zhí)行命令）(1)(1)閑置狀態(tài)。即正常工作的狀態(tài)，也是時序機的初始狀態(tài)。閑置狀態(tài)。即正常工作的狀態(tài)，也是時序機的初始狀態(tài)。讀器件的標識碼就處于這個狀態(tài)，在讀器件的標識碼就處于這個狀態(tài)，在MODEMODE，SDISDI控制下，用控制下，用SCLKSCLK定時，將器件的標識碼裝入移位寄存器。同樣在上述定時，將器件的標識碼裝入移位寄存器。同樣在上述信號控制下，可將標識碼從移位寄存器中移出。信號控制下，可將標識碼從

37、移位寄存器中移出。 閑置狀態(tài)閑置狀態(tài)（正常工作）（正常工作）第七章 高密度可編程器件閑置狀態(tài)（正常工作）識別碼移位裝載識別碼100d11移位狀態(tài)（裝載命令）裝載命令0d11執(zhí)行狀態(tài)（執(zhí)行命令）移位狀態(tài)（裝載命令）102)2)移位狀態(tài)。這個狀態(tài)主要用于把命令裝入狀態(tài)機。移位狀態(tài)。這個狀態(tài)主要用于把命令裝入狀態(tài)機。MODEMODE，SDISDI為為0d0d時，時，SCLKSCLK將指令移進狀態(tài)機中。一旦指令裝進狀態(tài)機，將指令移進狀態(tài)機中。一旦指令裝進狀態(tài)機，MODEMODE，SDISDI為為1111，狀態(tài)機轉(zhuǎn)移到執(zhí)行狀態(tài)以執(zhí)行命令。，狀態(tài)機轉(zhuǎn)移到執(zhí)行狀態(tài)以執(zhí)行命令。第七章 高密度可編程器件10閑置

38、狀態(tài)（正常工作）識別碼移位裝載識別碼100d11移位狀態(tài)（裝載命令）裝載命令0d1111執(zhí)行狀態(tài)（執(zhí)行命令）執(zhí)行命令0d10執(zhí)行狀態(tài)（執(zhí)行命令）(3)(3)執(zhí)行狀態(tài)。在執(zhí)行狀態(tài)下，狀態(tài)機執(zhí)行在移位狀態(tài)裝入器執(zhí)行狀態(tài)。在執(zhí)行狀態(tài)下，狀態(tài)機執(zhí)行在移位狀態(tài)裝入器件的命令。對于某些命令，狀態(tài)機需要多個時鐘周期去執(zhí)行。件的命令。對于某些命令，狀態(tài)機需要多個時鐘周期去執(zhí)行。例如地址移位命令和數(shù)據(jù)移位命令，這些命令所需要的時鐘脈例如地址移位命令和數(shù)據(jù)移位命令，這些命令所需要的時鐘脈沖數(shù)目同器件的移位寄存器大小有關(guān)。沖數(shù)目同器件的移位寄存器大小有關(guān)。 第七章 高密度可編程器件ISP技術(shù)實質(zhì)上是一種串行編程技術(shù)

39、，利用技術(shù)實質(zhì)上是一種串行編程技術(shù)，利用ISP技術(shù)可以技術(shù)可以完全擺脫編程器，并解決傳統(tǒng)可編程器件較難解決的完全擺脫編程器，并解決傳統(tǒng)可編程器件較難解決的問問題。題。1)1)利用利用PCPC機的機的I/OI/O口編程口編程 2)2)利用用戶目標板上微處理器編程利用用戶目標板上微處理器編程 3)3)多個多個ISPISP器件的編程器件的編程 菊花鏈結(jié)構(gòu)菊花鏈結(jié)構(gòu)(Daisy(DaisyChain)Chain) 第七章 高密度可編程器件ISP編程接口非常簡單，只需要一個簡單的編程電纜和編程接口非常簡單，只需要一個簡單的編程電纜和一臺一臺PC機就可以完成器件編程，共有機就可以完成器件編程，共有5根信號

40、線：模式根信號線：模式控制輸入控制輸入MODE、串行數(shù)據(jù)輸入、串行數(shù)據(jù)輸入SDI、串行數(shù)據(jù)輸出、串行數(shù)據(jù)輸出SDO、串行時鐘輸入串行時鐘輸入SCLK和在系統(tǒng)編程輸入和在系統(tǒng)編程輸入ispEN，PC機可以機可以通過這通過這5根信號線完成編程數(shù)據(jù)傳遞和編程操作根信號線完成編程數(shù)據(jù)傳遞和編程操作。第七章 高密度可編程器件為了保證信號的完整性和驅(qū)動能力，在電纜的一端還裝有為了保證信號的完整性和驅(qū)動能力，在電纜的一端還裝有一片一片74HC367，如圖，目標板上必須有相應的接插件，將，如圖，目標板上必須有相應的接插件，將編程信號引入到編程信號引入到ISP器件。器件。PCPC機并口緩沖器及機并口緩沖器及RJ

41、45RJ45接插件定義接插件定義第七章 高密度可編程器件可以利用目標板直接對可以利用目標板直接對ISP器件編程。編程的關(guān)鍵在于提供準器件編程。編程的關(guān)鍵在于提供準確定時的確定時的ISP編程信號。至于編程信號。至于ISP編程硬件的構(gòu)置，完全取決于編程硬件的構(gòu)置，完全取決于存儲器件的類型和存儲器件的類型和ISP器件的編程方法。圖中列出了用戶系統(tǒng)器件的編程方法。圖中列出了用戶系統(tǒng)編程的結(jié)構(gòu)示例編程的結(jié)構(gòu)示例。用戶微機板編程結(jié)構(gòu)用戶微機板編程結(jié)構(gòu)第七章 高密度可編程器件如用單片機構(gòu)成編程系統(tǒng)，則有下面所示的結(jié)構(gòu)：如用單片機構(gòu)成編程系統(tǒng)，則有下面所示的結(jié)構(gòu)： 80318031單片機在系統(tǒng)編程原理框圖單片

42、機在系統(tǒng)編程原理框圖第七章 高密度可編程器件如果一塊線路板上裝有多塊如果一塊線路板上裝有多塊LatticeISP器件，不必對每器件，不必對每塊器件都安排一個編程接口，只要總的安排一個接口就塊器件都安排一個編程接口，只要總的安排一個接口就行了。行了。LatticeISP器件有一種特殊的串行編程方式，稱器件有一種特殊的串行編程方式，稱稱為菊花鏈結(jié)構(gòu)稱為菊花鏈結(jié)構(gòu)(DaisyChain)，其硬件接口簡單，編程，其硬件接口簡單，編程效率高，并且容易實現(xiàn)。效率高，并且容易實現(xiàn)。其特點是多片合用一套其特點是多片合用一套ISP編程接口，每片的編程接口，每片的SDI輸入端輸入端與前面一片的與前面一片的SDO輸

43、出端相連，最前面一片的輸出端相連，最前面一片的SDI端和最端和最最后一片的最后一片的SDO端與端與ISP編程接口相連，構(gòu)成一類似移位編程接口相連，構(gòu)成一類似移位寄存器的鏈形結(jié)構(gòu)。鏈中的器件數(shù)可以很多，只要不超寄存器的鏈形結(jié)構(gòu)。鏈中的器件數(shù)可以很多，只要不超出接口的驅(qū)動能力即可。出接口的驅(qū)動能力即可。第七章 高密度可編程器件各各ISP器件的內(nèi)部狀態(tài)機是受器件的內(nèi)部狀態(tài)機是受MODE信號和信號和SDI信號控制的。信號控制的。在在MODE為高電平時，器件內(nèi)的移位寄存器被短路，為高電平時，器件內(nèi)的移位寄存器被短路，SDI端直通端直通SDO端，各端，各LSI內(nèi)部狀態(tài)一樣。內(nèi)部狀態(tài)一樣。當當MODE為低電

44、平時，各器件中的移位寄存器都嵌入菊花鏈中，為低電平時，各器件中的移位寄存器都嵌入菊花鏈中，相互串聯(lián)在一起。相互串聯(lián)在一起。第七章 高密度可編程器件閑置狀態(tài)閑置狀態(tài)（正常工作）（正常工作）閑置狀態(tài)閑置狀態(tài)（正常工作）（正常工作）ispEN=0ispEN=0，MODEMODE，SDI=10SDI=10，編程狀態(tài)機處于閑置狀態(tài)，并進，編程狀態(tài)機處于閑置狀態(tài)，并進行裝載識別碼。在行裝載識別碼。在SCLKSCLK作用下，將各自內(nèi)部硬件決定的識別作用下，將各自內(nèi)部硬件決定的識別碼裝入移位寄存器碼裝入移位寄存器。編程狀態(tài)機狀態(tài)圖編程狀態(tài)機狀態(tài)圖識別碼移位寄存器結(jié)構(gòu)識別碼移位寄存器結(jié)構(gòu)然后將然后將MODEMO

45、DE，SDISDI改為改為0101，它對應于識別碼移位狀態(tài)，在，它對應于識別碼移位狀態(tài)，在SCLKSCLK作用下，逐位從作用下，逐位從SDOSDO移出，就得到了器件排列信息移出，就得到了器件排列信息( (計算機以計算機以連續(xù)收到連續(xù)收到8 8個個0 0作為移位結(jié)束作為移位結(jié)束) )。 閑置狀態(tài)閑置狀態(tài)（正常工作）（正常工作）裝載識別碼裝載識別碼10識別碼移位識別碼移位0d00000000000000000000000000000000第七章 高密度可編程器件閑置狀態(tài)閑置狀態(tài)（正常工作）（正常工作）裝載識別碼裝載識別碼10識別碼移位識別碼移位0d閑置狀態(tài)閑置狀態(tài)（正常工作）（正常工作）閑置狀態(tài)閑

46、置狀態(tài)（正常工作）（正常工作）11先令先令MODEMODE，SDI=11SDI=11，使各芯片的編程狀態(tài)機進入移位狀態(tài)；然，使各芯片的編程狀態(tài)機進入移位狀態(tài)；然后令后令MODE=0MODE=0，指令流串行移位送入，經(jīng)過，指令流串行移位送入，經(jīng)過2020個個SCLKSCLK周期，周期，指令碼全部到位。指令碼全部到位。裝載命令裝載命令0d閑置狀態(tài)閑置狀態(tài)（正常工作）（正常工作）編程狀態(tài)機狀態(tài)圖編程狀態(tài)機狀態(tài)圖FLOWTHRU01110SHIFT_DATA00010SD0SD1ISPLSI1032ISPGAL22V10ISPGDS22ISPLSI2032FLOWTHRU01110FLOWTHRU01

47、11010FLOWTHRU(01110)FLOWTHRU(01110)是數(shù)據(jù)流直通指令，在執(zhí)行這條指令時，是數(shù)據(jù)流直通指令，在執(zhí)行這條指令時，SDI SDI 與與SD0SD0直通，現(xiàn)對對直通，現(xiàn)對對22V1022V10要執(zhí)行的是要執(zhí)行的是SHIFT-DATA(00010SHIFT-DATA(00010）操作操作 ，數(shù)據(jù)移位。，數(shù)據(jù)移位。識別碼移位寄存器結(jié)構(gòu)識別碼移位寄存器結(jié)構(gòu)第七章 高密度可編程器件閑置狀態(tài)閑置狀態(tài)（正常工作）（正常工作）裝載識別碼裝載識別碼10識別碼移位識別碼移位0d閑置狀態(tài)閑置狀態(tài)（正常工作）（正常工作）裝載命令裝載命令0d1110閑置狀態(tài)閑置狀態(tài)（正常工作）（正常工作）裝

48、載命令裝載命令0d閑置狀態(tài)閑置狀態(tài)（正常工作）（正常工作）11編程狀態(tài)機狀態(tài)圖編程狀態(tài)機狀態(tài)圖再次令再次令MODEMODE，SDI=11SDI=11，進入執(zhí)行狀態(tài)；再將，進入執(zhí)行狀態(tài)；再將MODE=0MODE=0，從，從SDISDI送送入數(shù)據(jù)，因入數(shù)據(jù)，因22V1022V10的地址的地址/ /數(shù)據(jù)寄存器共數(shù)據(jù)寄存器共138138位，應送入位，應送入138138位數(shù)位數(shù)據(jù)，而此時前后芯片皆工作于數(shù)據(jù)直通狀態(tài)，故送入的數(shù)據(jù)經(jīng)據(jù)，而此時前后芯片皆工作于數(shù)據(jù)直通狀態(tài)，故送入的數(shù)據(jù)經(jīng)138138個個SCLKSCLK周期全部進入周期全部進入22V1022V10的移位寄存器。的移位寄存器。SD0SD1ISP

49、LSI1032ISPGAL22V10ISPGDS22ISPLSI20320bitSR138bitSR0bitSR0bitSR至此對至此對22V1022V10的這一步操作算完成了，接著使的這一步操作算完成了，接著使MODEMODE，SDI=11SDI=11，狀態(tài)機回到移位狀態(tài)，送入新的命令狀態(tài)機回到移位狀態(tài)，送入新的命令如如MODEMODE，SDI=10SDI=10，則進入閑置狀態(tài)。則進入閑置狀態(tài)。1110第七章 高密度可編程器件7.4FPGA器件器件FPGA與與CPLD的辨別和分類主要是根據(jù)其結(jié)結(jié)構(gòu)特點和工作原的辨別和分類主要是根據(jù)其結(jié)結(jié)構(gòu)特點和工作原理。理。CPLD：以乘積項結(jié)構(gòu)方式構(gòu)成邏輯

50、行為的器件稱為：以乘積項結(jié)構(gòu)方式構(gòu)成邏輯行為的器件稱為CPLD，具有一定的限制，缺乏編輯靈活性，但是卻有可以預計的延遲具有一定的限制，缺乏編輯靈活性，但是卻有可以預計的延遲時間，如時間，如Lattice的的ispLSI系列、系列、Xilinx的的XC9500系列、系列、Altera的的MAX7000S系列和系列和Lattice（原（原Vantis）的）的Mach系列等。系列等。FPGA：以查表法結(jié)構(gòu)方式構(gòu)成邏輯行為的器件稱為：以查表法結(jié)構(gòu)方式構(gòu)成邏輯行為的器件稱為FPGA，大多數(shù)的大多數(shù)的FPGA含有高層次的內(nèi)置模塊（比如加法器和乘法器）含有高層次的內(nèi)置模塊（比如加法器和乘法器）和內(nèi)置的記憶體

51、。編輯靈活，結(jié)構(gòu)復雜。和內(nèi)置的記憶體。編輯靈活，結(jié)構(gòu)復雜。第七章 高密度可編程器件7.4.1FPGA的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)7.4.5XC4000系列系列FPGA的配置模式的配置模式7.4.2 FPGA7.4.2 FPGA開發(fā)流程開發(fā)流程7.4.4XC4000系列系列FPGA7.4.3Altera低成本低成本FPGA第七章 高密度可編程器件7.4.1FPGA的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)第七章 高密度可編程器件1.可編程輸入輸出單元可編程輸入輸出單元 I/O I/O單元即輸入輸出單元，是芯片與外界電路的接口部分，單元即輸入輸出單元，是芯片與外界電路的接口部分，完成不同電器特性下對輸入完成不同電器特性下對輸入

52、/ /輸出信號的驅(qū)動與匹配需求。為輸出信號的驅(qū)動與匹配需求。為了使了使FPGAFPGA的應用更靈活，目前大多數(shù)的應用更靈活，目前大多數(shù)FPGAFPGA的的I/OI/O單元被設(shè)計為單元被設(shè)計為可編程模式，即通過軟件的靈活配置，可以適配不同的電氣可編程模式，即通過軟件的靈活配置，可以適配不同的電氣標準與標準與IOIO物理特性；可以調(diào)整匹配阻抗特性，上下拉電阻；物理特性；可以調(diào)整匹配阻抗特性，上下拉電阻；可以調(diào)整輸出驅(qū)動電流的大小等?？删幊炭梢哉{(diào)整輸出驅(qū)動電流的大小等?？删幊蘄/OI/O單元支持的電氣單元支持的電氣標準因工藝而異，不同器件商不同器件族的標準因工藝而異，不同器件商不同器件族的FPGAF

53、PGA支持的標準支持的標準也不同。值得一提的是，隨著也不同。值得一提的是，隨著ASICASIC工藝的飛速發(fā)展，目前可工藝的飛速發(fā)展，目前可編程編程I/OI/O支持的最高頻率越來越高。一些高端的支持的最高頻率越來越高。一些高端的FPGAFPGA通過通過DDRDDR寄存器技術(shù)，甚至可以支持高達寄存器技術(shù)，甚至可以支持高達2Gbit/s2Gbit/s的數(shù)據(jù)速率。的數(shù)據(jù)速率。 第七章 高密度可編程器件2.基本可編程邏輯單元基本可編程邏輯單元基本可編程邏輯單元是可編程邏輯的主體，可以根據(jù)設(shè)計靈基本可編程邏輯單元是可編程邏輯的主體，可以根據(jù)設(shè)計靈活的改變其內(nèi)部連接與配置，完成不同的邏輯功能?；畹母淖兤鋬?nèi)部

54、連接與配置，完成不同的邏輯功能。FPGAFPGA一般一般基于基于SRAMSRAM工藝，其基本可編程邏輯單元幾乎都是由查找表工藝，其基本可編程邏輯單元幾乎都是由查找表（LUTLUT）和寄存器組成的。）和寄存器組成的。LUTLUT結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第七章 高密度可編程器件3.嵌入式嵌入式RAM塊塊FPGA內(nèi)部嵌入可編程內(nèi)部嵌入可編程RAM塊，大大拓展了塊，大大拓展了FPGA的應用的應用范圍和使用靈活性。范圍和使用靈活性。FPGA內(nèi)嵌的內(nèi)嵌的RAM塊一般可以靈活的配塊一般可以靈活的配置為單端口置為單端口RAM、雙端口、雙端口RAM、偽雙端口、偽雙端口RAM、CAM（ContentAddressableMemo

55、ry）、）、FIFO（FirstInFirstOut）等常用存儲結(jié)構(gòu)。等常用存儲結(jié)構(gòu)。不同器件商或器件族的內(nèi)嵌不同器件商或器件族的內(nèi)嵌RAM塊的結(jié)構(gòu)是不同的。塊的結(jié)構(gòu)是不同的。Xilinx常見的常見的RAM塊大小是塊大小是4kbit和和18kbit兩種結(jié)構(gòu)，兩種結(jié)構(gòu)，Lattice常用的常用的RAM塊大小是塊大小是9kbit，Altera的的RAM塊最為靈活，一些塊最為靈活，一些高端的高端的FPGA內(nèi)部同時含有內(nèi)部同時含有3種種RAM塊結(jié)構(gòu)，即塊結(jié)構(gòu)，即M512RAM（512bit）、）、M4KRAM（4kbit）、）、M-RAM（512kbit）。根）。根據(jù)設(shè)計需求，據(jù)設(shè)計需求，RAM塊的數(shù)

56、量和配置方式也是器件選型的一個塊的數(shù)量和配置方式也是器件選型的一個重要標準。重要標準。第七章 高密度可編程器件4.豐富的布線資源豐富的布線資源布線資源連通了布線資源連通了FPGA內(nèi)部的所有單元。連線的長度和工藝內(nèi)部的所有單元。連線的長度和工藝決定著信號的驅(qū)動能力和傳輸速度。決定著信號的驅(qū)動能力和傳輸速度。FPGA內(nèi)部有豐富的布線資內(nèi)部有豐富的布線資源，根據(jù)其工藝、長度、寬度和分布位置的不同被劃分為不同源，根據(jù)其工藝、長度、寬度和分布位置的不同被劃分為不同的等級，有一些是全局性的專用布線資源，用以完成器件內(nèi)部的等級，有一些是全局性的專用布線資源，用以完成器件內(nèi)部的全局時鐘和全局復位的全局時鐘和全

57、局復位/置位的布線；一些叫做長線資源，用以置位的布線；一些叫做長線資源，用以完成器件分區(qū)間的一些高速信號和第二全局時鐘信號的布線；完成器件分區(qū)間的一些高速信號和第二全局時鐘信號的布線；還有一些叫做短線資源，用以完成基本邏輯單元之間的邏輯互還有一些叫做短線資源，用以完成基本邏輯單元之間的邏輯互聯(lián)和布線；另外，在基本邏輯單元內(nèi)部還有各種布線資源和專聯(lián)和布線；另外，在基本邏輯單元內(nèi)部還有各種布線資源和專用時鐘、復位等控制信號線。用時鐘、復位等控制信號線。第七章 高密度可編程器件5.底層嵌入功能單元底層嵌入功能單元通用性比較高的嵌入式功能模塊，比如通用性比較高的嵌入式功能模塊，比如PLL（PhaseL

58、ockedLoop）、）、DLL（DelayLockedLoop）、）、DSP、CPU等。隨著等。隨著FPGA的發(fā)展，這些模塊被越來的發(fā)展，這些模塊被越來越多的嵌入到越多的嵌入到FPGA的內(nèi)部，以滿足不同場合的需求。的內(nèi)部，以滿足不同場合的需求。第七章 高密度可編程器件6.內(nèi)嵌專用硬核內(nèi)嵌專用硬核 這里的內(nèi)嵌專用硬核主要指那些通用性相對較弱，這里的內(nèi)嵌專用硬核主要指那些通用性相對較弱，不是所有不是所有FPGA器件都包含硬核（器件都包含硬核（HardCore），與），與前面的前面的“底層嵌入單元底層嵌入單元”是不同的。是不同的。 第七章 高密度可編程器件 7.4.2FPGA開發(fā)流程開發(fā)流程圖形輸

59、入圖形輸入文本輸入文本輸入混合輸入混合輸入第七章 高密度可編程器件 7.4.3Altera低成本低成本FPGAAltera公司的低成本公司的低成本FPGA繼繼ACEX后，推出了后，推出了Cyclone（颶風）（颶風）系列，之后還有基于系列，之后還有基于90nm工藝的工藝的Cylone。低成本。低成本FPGA主要主要定位在大量，且對成本敏感的設(shè)計中，如數(shù)字終端、手持設(shè)備定位在大量，且對成本敏感的設(shè)計中，如數(shù)字終端、手持設(shè)備等。另外，在等。另外，在PC、消費類產(chǎn)品和工業(yè)控制領(lǐng)域，、消費類產(chǎn)品和工業(yè)控制領(lǐng)域，F(xiàn)PGA還不是還不是特別普及，主要原因就是以前其成本相對較高。目前隨著特別普及，主要原因就是

60、以前其成本相對較高。目前隨著FPGA廠商的工藝改進，制造成本的降低，低端市場競爭也非廠商的工藝改進，制造成本的降低，低端市場競爭也非常激烈，不斷有新的產(chǎn)品推向市場。常激烈，不斷有新的產(chǎn)品推向市場。第七章 高密度可編程器件1.Cyclone系列系列FPGA 特性特性EP1C3EP1C4EP1C6EP1C12E1C20LE2910400059801206020060M4KRAM塊數(shù)塊數(shù)1317205264總總RAM位數(shù)位數(shù)599047833692160239616294912鎖相環(huán)（鎖相環(huán)（PLL）12222封裝形式封裝形式TQFPFBGATQFP,PQFP,FBGAPQFP,FBGAFBGA最大