南京邮电大学：《数字电路与系统设计》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十章 可编程逻辑器件（10.8-10.9）

10.8 现场可编程门阵列 FPGA: Field Programmable Gate Array

1 10.8 现场可编程门阵列 FPGA:Field Programmable Gate Array

FPGA是现场可编程门阵列( field Programmable Gate Array)的简称,80年代 中期由美国Xinx公司首先推出,是一种大规模 可编程数字集成电路器件.它能使用户借助计U 算机自行设计自己需要的专用集成电路芯片, 在计算机上进行功能仿真和实时仿真,及时发 现问题,调整电路,改进设计方案

2 FPGA是现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array ）的简称，80年代 中期由美国Xilinx公司首先推出，是一种大规模 可编程数字集成电路器件．它能使用户借助计 算机自行设计自己需要的专用集成电路芯片， 在计算机上进行功能仿真和实时仿真，及时发 现问题，调整电路，改进设计方案．

IOB CLB 非非非非 在非非1非 布线区 4非,非 图10.81FPGA的基本结构框图

3 图 10.8.1 FPGA的基本结构框图

、FPGA的基本结构 1CLB:分布于芯片中央,实现规模不大的组合、 时序电路。 2OB:分布于芯片四周,实现内部逻辑电路与 芯片外部引脚的连接。 3R:包括不同类型的金属线、可编程的开关 矩阵、可编程的连接点。经编成实现CLB之 间,CLB与IOB之间的连接

4 一、FPGA的基本结构 1.CLB： 2.IOB: 分布于芯片中央，实现规模不大的组合、 时序电路。 分布于芯片四周，实现内部逻辑电路与 芯片外部引脚的连接。 3.IR：包括不同类型的金属线、可编程的开关 矩阵、可编程的连接点。经编成实现CLB之 间，CLB与IOB之间的连接

4 SRAM: 存放CLB、OB以及互连开关的编程数据。断电时,SRAM 信息丢失,FPGA不能实现任何功能。每次通电时, 需给SRAM装载”信息,自动完成。信息存放在 EPROM。 sRAM的特点:可靠,抗干扰能力强,综合测试能力强。 Q组态 控制 读/写 数据 图10.82FPGA内SRAM单元

5 4.SRAM: 存放CLB、IOB以及互连开关的编程数据。断电时，SRAM 信息丢失，FPGA不能实现任何功能。每次通电时， 需给SRAM“装载”信息，自动完成。信息存放在 EPROM。 SRAM的特点：可靠，抗干扰能力强，综合测试能力强。 图 10.8.2 FPGA内SRAM单元 Q Q T 读/写 数据 组态 控制

二、CLB和IOB Xilinx.公司提出FPGA,产品速度更新很快,主要有以下产品: Xc2000、Xc3000、XC3100、Xc4000、XC5200、Xc8100 等。 XC3020-70PC68C 代号 工艺级别 系列类型 2000个门 引脚数 速度封装类型

6 二、CLB和IOB Xilinx公司提出FPGA，产品速度更新很快，主要有以下产品： XC2000、XC3000、XC3100、XC4000、XC5200、XC8100 等。 XC3020-70PC68C 代号 系列类型 2000个门 速度 封装类型 引脚数 工艺级别

XC2000系列的CLB X 输出 G 输人B 组合 D 逻辑F D Q R CIK时钟 图1083XC2000系列的CLB电路

图 7 10.8.3 XC2000系列的CLB电路 1.XC2000系列的CLB

四变量 B 的任意 函数 G nnnnnndnnnnnddndnnduannDdudddeDDdDndUDDDB (a)四变量任意函数 8

8 四变量 的任意 函数 FG A B C D Q (a) 四变量任意函数

ABCD 三变量 D的任意 函数 ABCD 三变量 D的任意 G 函数 Q (b)2个三变量任意函数 9

9 (b) 2个三变量任意函数 三变量 的任意 函数 FG ABCD Q 三变量 的任意 函数 ABCD Q

B 三变量 C 的任意 D D函数 变量 X 的任意 G D D函数 Q (c)五变量任意函数 (动态选择两个三变量函数) 图1084CLB中组合逻辑电路的3种组态 10

10 图10.8.4 CLB中组合逻辑电路的3种组态 (c) 五变量任意函数 三变量 的任意 函数 F G A B C D Q 三变量 的任意 函数 A C D Q M U X (动态选择两个三变量函数)