西安电子科技大学：《EDA技术及应用》课程教学资源（PPT教材课件）第二章 大规模可编程逻辑器件

第幸大舰接可编程逻搠器件 第2章大规模可编程逻辑器件 1可编程逻辑器件概述 22复杂可编程逻辑器件(CPLD 23现场可编程门阵列(PGA 24在系统可编程(SP逻辑器件 5FPGA和CPLD的开发应用选择 BAC

第2章 大规模可编程逻辑器件 第2章 大规模可编程逻辑器件 2.1 可编程逻辑器件概述 2.2 复杂可编程逻辑器件(CPLD) 2.3 现场可编程门阵列(FPGA) 2.4 在系统可编程(ISP)逻辑器件 2.5 FPGA和CPLD的开发应用选择

第幸大舰接可编程逻搠器件 21可编程逻辑器件概述 211PLD的发展进程 最早的可编程逻辑器件出现在20世纪70年代初,主要是可 编程只读存储器(PROM和可编程逻辑阵列(PLA)。20世纪70年 代末出现了可编程阵列逻辑( PAL--Programmable Array Logic)器 件。20世纪80年代初期,美国Late公司推出了一种新型的 PLD器件,称为通用阵列逻辑(GAL- Generic Array Logic),一般 认为它是第二代PLD器件。随着技术的进步,生产工艺的不断 改进,器件规模不断扩大,逻辑功能不断增强,各种可编程逻 辑器件如雨后春笋般地涌现,如PROM、 EPROM、E2PROM等

第2章 大规模可编程逻辑器件 2.1 可编程逻辑器件概述 2.1.1 PLD的发展进程 最早的可编程逻辑器件出现在20世纪70年代初，主要是可 编程只读存储器(PROM)和可编程逻辑阵列(PLA)。 20世纪70年 代末出现了可编程阵列逻辑(PAL—Programmable Array Logic)器 件。20世纪80年代初期，美国Lattice公司推出了一种新型的 PLD器件，称为通用阵列逻辑(GAL-Generic Array Logic)，一般 认为它是第二代PLD器件。随着技术的进步，生产工艺的不断 改进，器件规模不断扩大，逻辑功能不断增强，各种可编程逻 辑器件如雨后春笋般地涌现，如PROM、EPROM、E2PROM等

第幸大舰接可编程逻搠器件 在 EPROM基础上出现的高密度可编程逻辑器件称为EPLD 或CPLD。现在一般把超过某一集成度的PLD器件都称为CPLD 在20世纪80年代中期,美国 Xilinx公司首先推出了现场可编程门 阵列(FPGA)器件。FPGA器件采用逻辑单元阵列结构和静态随 机存取存储器工艺,设计灵活,集成度高,可无限次反复编程, 并可现场模拟调试验证。在20世纪90年代初, Lattice公司又推 出了在系统可编程大规模集成电路( (SplSⅠ

第2章 大规模可编程逻辑器件 在EPROM基础上出现的高密度可编程逻辑器件称为EPLD 或CPLD。现在一般把超过某一集成度的PLD器件都称为CPLD。 在20世纪80年代中期，美国Xilinx公司首先推出了现场可编程门 阵列(FPGA)器件。FPGA器件采用逻辑单元阵列结构和静态随 机存取存储器工艺，设计灵活，集成度高，可无限次反复编程， 并可现场模拟调试验证。在20世纪90年代初，Lattice公司又推 出了在系统可编程大规模集成电路(ispLSI)

第幸大舰接可编程逻搠器件 表21 Altera系列产品主要性能 系列 代表产品 配置单元 逻辑单元最大用户速度等级加sRAM位 (FF 1/O APEX2OK EP20K 1000E SRAM 42240 540k FLEXIOK EPF1OK 10 SRAM 4992(5392) 406 443 24576 FLEX8000 EPF8050 SRAM 4032(4656) 360 MAX9000 EPM9560 EEPROM 560(772) 212 12 MAX7000 EPM7256 EEPROM 256 160 10 FLASHlogic EPX8160 SRAMFLASH160 10 20480 MAX5000 EPM5192 EPROM 192 Classic EP1810 EPROM 48 48 20

第2章 大规模可编程逻辑器件 表2.1 Altera系列产品主要性能 系 列 代表产品 配置单元 逻辑单元 (FF) 最大用户 I/O 速度等级/ns RAM/位 APEX20K EP20K1000E SRAM 42 240 780 4 540 k FLEX10K EPF10K10 SRAM 4992(5392) 406 4 24 576 FLEX8000 EPF8050 SRAM 4032(4656) 360 3 MAX9000 EPM9560 EEPROM 560(772) 212 12 MAX7000 EPM7256 EEPROM 256 160 10 FLASHlogic EPX8160 SRAM/FLASH 160 172 10 20 480 MAX5000 EPM5192 EPROM 192 64 1 Classic EP1810 EPROM 48 48 20

第幸大舰接可编程逻搠器件 美国Xiin公司在1985年推出了世界上第一块现场可编程门 阵列(FGA)器件,最初3个完整的系列产品分别命名为ⅩC2000 XC3000和XC4000,共有19个品种,后又增加了低电压(33V) 的“L系列、多IO引脚的“H系列及更高速的“A”系列,并 推出了与XC3000容的XC3100A系列,在XC4000的基础上又 增加了“E”和“EX系列。在1995年, Xilinx又增加了XC5000、 XC6200和XC8100FPGA系列,并取得了突破性进展。而后又推 出了 Spartan和 Virture系列。 Xilinx还有3个EPLD系列产品 XC7200、XC7300和XC9500,如表22所示

第2章 大规模可编程逻辑器件 美国Xilinx公司在1985年推出了世界上第一块现场可编程门 阵列(FPGA)器件，最初3个完整的系列产品分别命名为XC2000、 XC3000和XC4000，共有19个品种，后又增加了低电压(3.3 V) 的“L”系列、多I/O引脚的“H”系列及更高速的“A”系列，并 推出了与XC3000兼容的XC3100/A系列，在XC4000的基础上又 增加了“E”和“EX”系列。在1995年，Xilinx又增加了XC5000、 XC6200和XC8100 FPGA系列，并取得了突破性进展。而后又推 出了Spartan和Virture系列。Xilinx还有3个EPLD系列产品： XC7200、XC7300和XC9500，如表2.2所示

第幸大舰接可编程逻搠器件 表22Xn系列产品主要性能 系列 代表 产品 可用门宏单元逻辑单元速度驱动能力最大用户RAM (FF 等级 /mA vO XC2000ⅩC2018L1.0k-1.5k 100 172 74 XC3000XC3090 50k~60k 320 928 6 4482 144 XC3100XC3195/A65k-75k 484 1320 0.9 176 XC4000XC4063EX62k-130k 2304 5376 2 384 73728 XC5200 XC5215 14k~18k 484 1936 244 XC6200XC6264 64k-100k16384 16384 88 512262k XC8100XC8109 8.1k~94k 2688 1344 24 208 XC7200XC7272A|20k 72 126 15 8 72 XC7300XC731443.8k 144 234 24 156 XC9500XC9528864k 288 288 10 24 180

第2章 大规模可编程逻辑器件 表2.2 Xilinx系列产品主要性能 系 列 代 表 产 品 可用门 宏单元 逻辑单元 (FF) 速度 等级 /ns 驱动能力 /mA 最大用户 I/O RAM /位 XC2000 XC2018L 1.0 k~1.5 k 100 172 10 4 74 XC3000 XC3090 5.0 k~6.0 k 320 928 6 4 144 XC3100 XC3195/A 6.5 k~7.5 k 484 1320 0.9 8 176 XC4000 XC4063EX 62 k~130 k 2304 5376 2 12 384 73 728 XC5200 XC5215 14 k~18 k 484 1936 4 8 244 XC6200 XC6264 64 k~100 k 16 384 16 384 8 512 262 k XC8100 XC8109 8.1 k~9.4 k 2688 1344 1 24 208 XC7200 XC7272A 2.0 k 72 126 15 8 72 XC7300 XC73144 3.8 k 144 234 7 24 156 XC9500 XC95288 6.4 k 288 288 10 24 180

第幸大舰接可编程逻搠器件 Lattice公司成立于1983年,是E2CMOS技术的开拓者,发 明了GAL器件,是低密度PLD的最大供应商。该公司于20世纪 90年代开始进入 HDPLD领域,并推出了 pLSI/iSplsI器件,实现 了在系统可编程技术(ISP)。ISP使用户能够在无须从系统板上拔 下芯片或从系统中取出电路板的情况下,改变芯片的逻辑内容 乃至改变整个电子系统的功能。这种技术能大大缩短设计周期, 简化生产流程,降低设计成本 Lattice公司目前的pLSI/ ispLSI器件主要有6个系列: LSI/ IspLSI000、2000、3000、5000、6000和8000列,如表 2.3所示

第2章 大规模可编程逻辑器件 Lattice公司成立于1983年，是E2CMOS技术的开拓者，发 明了GAL器件，是低密度PLD的最大供应商。该公司于20世纪 90年代开始进入HDPLD领域，并推出了pLSI/ispLSI器件，实现 了在系统可编程技术(ISP)。ISP使用户能够在无须从系统板上拔 下芯片或从系统中取出电路板的情况下，改变芯片的逻辑内容 乃至改变整个电子系统的功能。这种技术能大大缩短设计周期， 简化生产流程，降低设计成本。 Lattice公司目前的pLSI/ispLSI器件主要有6个系列： pLSI/ispLSI1000、2000、3000、5000、6000和8000系列，如表 2.3所示

第幸大舰接可编程逻搠器件 表23Latt列产品主要性能 系列 代表产品可用门 宏单元 逻辑单元速度等级 最大用户 (FF 1/O isPLSI1000/E isp148 8k 192 288 108 ispLSI2000/E/V/E isp2192 8k 192 6 l10 IspLSI3000 isp3448 20k 320 672 12 224 ISpLSI5000V Isp5512V 24k 512 384 384 IspLSI6000 isp6192* 25k 192 416 15 159 IspLSI8000 45k 840 1152 8.5 312

第2章 大规模可编程逻辑器件 表2.3 Lattice系列产品主要性能 系 列 代表产品 可用门 宏单元 逻辑单元 (FF) 速度等级/ns 最大用户 I/O isPLSI1000/E isp148 8 k 192 288 5 108 ispLSI2000/E/V/E isp2192 8 k 192 192 6 110 ispLSI3000 isp3448 20 k 320 672 12 224 ispLSI5000V isp5512V 24 k 512 384 10 384 ispLSI6000 isp6192* 25 k 192 416 15 159 ispLSI8000 isp8840 45 k 840 1152 8.5 312

第幸大舰接可编程逻搠器件 212PLD的种类及分类方法 目前生产PLD的厂家有 Xilinx、 Altera、 Actel、 Atmel AMD、AT&T、 Cypress、 Intel、 Motorola、 QuicklogIc、 T( Texas instrument)等。常见的PLD产品有:PROM、 EPROM、 EEPROM、PLA、FPLA、PAL、GAL、CPLD、EPLD、 EEPLD、 HDPLD、FPGA、pLSⅠ、 IspLSI、 SEGAl和 Ispgds等。 PLD的分类方法较多,也不统一,下面简单介绍4种

第2章 大规模可编程逻辑器件 2.1.2 PLD的种类及分类方法 目前生产PLD的厂家有Xilinx、Altera、Actel、Atemel、 AMD、AT&T、Cypress、Intel、Motorola、Quicklogic、 TI(Texas Instrument)等。常见的PLD产品有：PROM、EPROM、 EEPROM、PLA、FPLA、PAL、GAL、CPLD、EPLD、 EEPLD、HDPLD、FPGA、pLSI、ispLSI、ispGAL和ispGDS等。 PLD的分类方法较多，也不统一，下面简单介绍4种

第幸大舰接可编程逻搠器件 从结构的复杂程度分类 从结构的复杂程度上一般可将PLD分为简单PLD和复杂 PLD(CPLD),或分为低密度PLD和高密度PLD( HDPLD)。通常, 当PLD中的等效门数超过500门时,则认为它是高密度PLD。传 统的PAL和GAL是典型的低密度PLD,其余如EPLD、FPGA和 pLSI/ ISpLSI则称为 HDPLD或CPLD

第2章 大规模可编程逻辑器件 1．从结构的复杂程度分类 从结构的复杂程度上一般可将PLD分为简单PLD和复杂 PLD(CPLD)，或分为低密度PLD和高密度PLD(HDPLD)。通常， 当PLD中的等效门数超过500门时，则认为它是高密度PLD。传 统的PAL和GAL是典型的低密度PLD，其余如EPLD、FPGA和 pLSI/ispLSI则称为HDPLD或CPLD