PLD的发展简史及应用展望

PLD的发展简史及应用展望 【摘要】在半导体技术发展的推动下,可编程逻辑器件迎来了前所未有的发展机遇且实现了较大的突破,具有良好的在线修改能力即随时修改 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 而不必改动其硬件电 路的特点,如今它已成为电子设计领域中最具发展前途的器件。本文介绍了可编程逻辑器件的发展简史及它在数字电路实验、通信系统和ASIC设计三个领域中的应用,最后展望了可编程逻辑器件的发展趋势。 【关键词】PLD;熔丝技术;CPLD;FPGA 1 可编程逻辑器件发展简史 最早的可编程逻辑器件(PLD)是1970年制成的可编程只读存储器(PROM),它由固定的与阵列和可编程的或阵列组成。PROM采用熔丝技术,只能写一次,不能擦除和重写。随着技术的发展,此后又出现了紫外线可擦除只读存储器UVEPROM和电可擦除只读存储器EEPROM。由于其价格便宜、速度低、易于编程,适合于存储函数和数据表格。 可编程逻辑阵列(PLA)器件于20世纪70年代中期出现,它是由可编程的与阵列和可编程的或阵列组成,但由于器件的价格比较贵,编程复杂,资源利用率低,因而没有得到广泛应用。 可编程阵列逻辑(PAL)器件是1977年美国MMI公司率先推出的,它采用熔丝编程方式,由可编程的与阵列和固定的或阵列组成,双极性 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 制造,器件的工作速度很高。由于它的设计很灵活,输出结构种类很多,因而成为第一个得到普遍应用的可编程逻辑器件。 通用阵列逻辑(GAL)器件是1985年Lattice公司最先发明的可电擦写、可重复编程、可设置加密位的PLD。GAL 在PAL的基础上,采用了输出逻辑宏单元形式EECMOS工艺结构。在实际应用中,GAL器件对PAL器件仿真具有百分之百的兼容性,所以GAL几乎完全代替了PAL器件,并可以取代大部分 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 SSI、MSI集成芯片,因而获得广泛应用。 可擦除可编程逻辑器件(EPLD)是20世纪80年代中期Altera公司推出的基于UVEPROM和CMOS技术的PLD,后来发展到采用EECMOS工艺制作的PLD,EPLD的基本逻辑单元是宏单元,宏单元是由可编程的与阵列、可编程寄存器和可编程I/O三部分组成的。从某种意义上讲,EPLD是改进的GAL,它在GAL基础上大量增加输出宏单元的数目,提供更大的与阵列,集成密度大幅提高,内部连线相对固定,延时小,有利于器件在高频下工作,但内部互连能力较弱。 复杂可编程逻辑器件(CPLD)是20世纪80年代末Lattice公司提出了在线可编程技术(ISP)以后,于20世纪 90年代初推出的。CPLD至少包含三种结构:可编程逻辑宏单元、可编程I/O单元和可编程内部连线,它是在EPLD的基础上发展起来的,采用EECMOS工艺制作,与EPLD相比,增加了内部连线,对逻辑宏单元和I/O单元也有很大的改进。 现场可编程门阵列(FPGA)器件是Xilinx公司1985年首家推出的,它是一种新型的高密度PLD,采用 CMOS-SRAM工艺制作。FPGA的结构与门阵列PLD不同,其内部由许多独立的可编程逻辑模块(CLB)组成,逻辑块之间可以灵活地相互连接,CLB的功能很强,不仅能够实现逻辑函数,还可以配置成RAM等复杂的形式。配置数据存放在芯片内的SRAM中,设计人员可现场修改器件的逻辑功能,即所谓的现场可编程。FPGA出现后受到电子设计工程师的普遍欢迎,发展十分迅速。 2 可编程逻辑器件典型应用领域 2.1 在数字电路实验中的应用 在传统数字电路实验中,要使用基本门路,触发器等中小规模标准集成电路芯片等,进行一次实验课程需要准备大量的专门芯片,增加了器件的选购和管理的难度。使用PLD,在组合电路和相关实验中可以把PLD编程写为各种组合式门电路结构,还可以用它构成几乎所有的中规模组合集成电路,如译码器、编码器等。又如在做触发器实验中,利用一 片GAL16V8芯片可以同时实现R-S触发器、J-K触发器、D 触发器、T触发器等基本触发器。把PLD用于数字电路实验后,一般实验只要准备一片GAL16V8即可,大大减少了器件的选购、管理的工作量及经费的开支。此外,可编程逻辑器件还从很大程度上改变了数字系统的设计方式,最显著的特点是它使硬件的设计工作更加简单方便,电路的逻辑功能可以由编程设定,在线装入和修改。 2.2 在通信系统中的应用 可编程逻辑器件在通信领域中取着不可代替的作用,现代通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 不断更新,因此选择灵活的PLD器件是很重要的。基于电可擦除编程工艺的CPLD的优点是多次编程后信息不会因断电而丢失。对于SRAM型FPGA来说,配置次数无限,在加电时刻能随时更改协议功能,大容量的FPGA是最好的选择。目前现代通信系统的发展方向是功能更强大、体积更小、速度更快,而FPGA在集成度、功能和速度上的优势正好满足通信系统的这些要求。 2.3 在ASIC设计中的应用 可编程逻辑器件是在专用型集成电路(ASIC)设计的基础上发展起来的,在ASIC设计 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 中,通常采用全定制和半定制的电路设计方法,设计完成后,如果不满足要求,就得重新设计进行验证,这样就使设计开发周期变长,大大增加了产品的开发费用。而选择CPLD/FPGA则不存在这样的 限制,现在FPGA芯片的规模越来越大,已达到了千万级等效系统门。 3 可编程逻辑器件发展趋势 3.1 向高密度、低压、低功耗方向发展 由于人们对基于电池供电的便携式应用产品的需求越 来越大,对可编程逻辑器件的高密度、低压、低功耗要求越来越高。自Xilinx公司发布业界第一款FGPA芯片以来,大容量FPGA是市场发展的焦点,半导体制造工艺的发展和市场的多样化需求不断推动FPGA设计技术的创新,同时PLD 正在由点5V电压向低电压3.3V,2.5V及1.8伏器件演进,不断满足节能的要求。 3.2 成本不断降低 随着芯片生产工艺的不断进步,芯片的集成度不断提高,面积大小是产品价格高低的重要因素,而线宽的减小必将大大降低PLD的成本。况且低成本关系着生产厂商的发展前途,要想在PLD有一席之地,低成本是必需要考虑的因素,未来的可编程器件会以最低的成本提供最多的系统门。 3.3 片上集成资源不断丰富 许多厂商在半导体制造工艺技术的推出下,不断地扩充FPGA片上集成资源,包括嵌入式处理器、可编程存储器、高速收发器、嵌入式逻辑分析仪、复杂数字信号处理模块等,使得产品集成度迅速提高,PLD的集成度已达到了千万级等效系统门。 3.4 向SOPC方向发展 集成度的不断提高使得产品的性能不断的提高,功能不断增多。最早的PLD仅仅能够实现一些简单的逻辑功能,而现在,片上可编程系统(SOPC)直接实现系统集成,在速度上可以满足一般系统对速度的要求,其好处是用户把所有关键的功能块放上去后,可以随着标准改变而重新配置,而且可以降低费用,缩短开发时间。可以预见未来的一块电路板上可能只有两部分电路:模拟部分(包括电源)和一块PLD 芯片,最多还有一些大容量的存储器。 3.5 向软核、硬核混合的结构方向发展随着器件集成度的提高,单片容量可设计逻辑越来越多。目前FPGA可通过配置在片内实现软核处理器,或直接在FPGA中集成硬核处理器。集成软核还是硬核取决于对系统的性能、功能和可重构性的平衡考虑。硬核处理器一般作为独立的专用模块集成于FPGA中,与软核相比具有更高的性能,但在可重构性和灵活性上有所不足。为了提高设计速度和系统性能,在一些FPGA芯片中集成一定功能的硬核,设计者可以利用这些硬核与其他设计资源结合完成设计,这将是可编程逻辑器件的又一个发展方向。 【参考文献】 [1]杨春玲,朱敏,编.可编程逻辑器件应用实践[M].哈尔滨∶哈尔滨工业大学出版社,2008∶02-04. [2]潘锐捷,等,编.可编程逻辑器件的历程与发展[J].电子与封装,2008,08∶44-48. [3]杨海钢,等,编.FPGA器件设计技术发展综述[J].电子与信息学报,2010,03∶714-723. [4]张鹏,编.浅谈FPGA器件设计技术发展综述[J].电子测试,2014,10∶41-43. [责任编辑:汤静] 作者简介:王康(1994―),男,江汉大学,数学与计算机科学学院2012级学生。 通讯作者:沈祖斌(1964―),男,江苏如皋人,硕士,副教授,主要从事计算机、数字系统的教学与研究工作。