第3部分+CPLD_FPGA结构原理

简述CPLD/FPGA的原理特点及应用1. 什么是CPLD/FPGACPLD（Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件）和FPGA （Field Programmable Gate Array，场可编程门阵列）都属于可编程逻辑器件的一种。

它们是在数字电路设计领域中广泛应用的一类芯片，能够根据设计者的需求进行灵活的逻辑和功能配置。

CPLD是由可编程逻辑门、触发器和可编程互连电路构成；FPGA则是基于可编程逻辑块、可编程的互连和内部存储单元块。

2. CPLD/FPGA的工作原理CPLD/FPGA的工作原理是通过对其内部的逻辑单元、开关和互连网络进行编程来实现特定的功能和逻辑操作。

2.1 CPLD的工作原理CPLD是由大量可编程逻辑门和触发器构成的，其中逻辑门负责逻辑运算，触发器负责存储数据。

CPLD内部的可编程逻辑门和触发器的连线可以通过编程修改，从而灵活配置逻辑功能。

CPLD通过内部编程存储器（PROM）或者FLASH等方式存储逻辑设计，并在电源打开后加载这些设计。

一旦CPLD内部的逻辑门和连线被编程好后，它们将始终保持不变，从而实现了硬件的逻辑功能。

2.2 FPGA的工作原理FPGA的逻辑块（Logic Block）是由可编程逻辑单元、可编程的互连和内部存储单元块组成。

逻辑单元负责逻辑运算，互连负责连接逻辑单元和存储单元，内部存储单元用于存储数据。

FPGA利用逻辑单元和互连网络构建逻辑功能，通过内部存储单元来实现数据的存储。

与CPLD不同的是，FPGA的逻辑块在每次上电时都需要重新加载设计，因此它可以根据需求重新配置逻辑功能。

3. CPLD/FPGA的特点CPLD/FPGA有以下几个特点：3.1 可编程性CPLD/FPGA可以根据设计者的需要进行编程，从而实现特定的逻辑功能。

这种可编程性使得CPLD/FPGA适用于多种应用场景，能够灵活应对不同的需求。

可编程与阵列
乘积项选择矩阵
16个 2/16个
固定或阵列
宏单元 AB
芯片
扩展乘积项
可编程存放器
二、宏单元： 1、可编程的“与〞阵列 PIA：可编程连线阵
programmable Interconnect Array
共享扩展乘积项：添加输入数，
用于复杂电路设计。
每个宏单元提供一个单独的乘积项，经过一个非门 取反后反响到逻辑阵列中，可被LAB内任何一个或 全部宏单元运用和共享。采用共享扩展项后要添加 一个短的延时．
缺陷： 1、为顺应不同运用需求，PAL的输出I／O 构造很多，运用设计者在设计不同功能的 电路时，要采用不同输出I／O构造的PAL 器件。带来运用、消费的不便。 2、PAL普通采用熔丝工艺消费．一次可编 程，修正不方便。
被GAL取代
2.5 GAL
1985年，Lattice 1、特点：
1〕采用EEPROM工艺，具有电可擦除反 复编程的特点。 2〕在“与－或〞阵列构造上沿用了PAL 的与阵列可编程、或阵列固定的构造。
允许最多20个乘积项直接送到宏单元的“或〞逻辑， 其中5个乘积项是由宏单元本身提供的，15个并联 扩展项是从同一个LAB中临近宏单元借用的。
4、可配置存放器：可单独编程为带有可编程时钟 控制的D、T、JK或SR触发器，也可将存放器旁 路，实现组合逻辑方式。
每个存放器支持异步清零和异步置位功能．乘 积项选择矩阵分配乘积项来控制这些操作。此外， 每一个存放器的复位端可以由低电平有效的全局复 位公用引脚GCLRn信号来驱动。
2、乘积项选择矩阵
输出： 固定或阵列：组合电路 存放器：输入 清0、置1、CLK CLK-EN
3、并行扩展乘积项
并联扩展项是宏单元中一些 没有被运用的乘积项，可分 配到临近的宏单元去实现快 速、复杂的逻辑函数。

eda技术及应用第三版课后答案谭会生【篇一：《eda技术》课程大纲】>一、课程概述1.课程描述《eda技术》是通信工程专业的一门重要的集中实践课，是通信工程专业学生所必须具备的现代电子设计技术技能知识。

eda是电子技术的发展方向，也是电子技术教学中必不可少的内容。

本课程主要介绍可编程逻辑器件在电子电路设计及实现上的应用，介绍电路原理图和pcb图的设计技术。

开设该课程，就是要让学生了解大规模专用集成电路fpga和cpld的结构，熟悉一种以上的硬件描述语言，掌握一种以上的开发工具的使用等，掌握电路原理图和pcb图的现代设计技术与方法，从而提高学生应用计算机对电子电路和高速智能化系统进行分析与设计的能力。

2.设计思路本课程坚持“以学生为中心”的原则，以项目任务驱动的方式，采取理论知识与案例相结合的方式授课，提高学生的学习主动性。

通过必要的理论知识讲授、大量的实践训练和案例分析，培养学生的动手设计和实践能力，掌握eda开发的整个流程和基本技巧。

课程采用演示讲授和实践相结合，边讲边练的方法，让学生切身体会并掌握eda开发产品的流程和方法。

本课程集中2周时间开设，注重实践性，边讲边练，让学生切身体会并掌握eda开发技术。

3.实践要求（1）纪律和安全要求①不得将食物带入实验室，每次实训后请将使用后的废弃物带走。

违反者每次扣罚平时分2分。

②实训期间不得做与实训无关的其他事情，不得大声喧哗或做其他影响实训正常进行的事宜。

违反者每次扣罚平时分2分。

③实训期间，若学生有事不能正常参加实训，须提前以书面形式请假，并按指导教师的安排补做实训。

未经指导教师许可，学生不得任意调换实训时间和实训地点。

违反者每次扣罚平时分4分。

④学生不得以任何理由替代他人进行实训，违者直接取消实训成绩。

⑤学生除操作自己所分配的计算机外，不得操作实验室内其他任何设备。

违者每次扣罚平时分2分。

（2）业务要求实训所使用的软件protel和quartus ii，所有数据均通过服务器中转以及储存在服务器上，所以重启自己所用的电脑不会造成数据丢失。

3.1 3.2 3.3
Altera的CPLD/FPGA器件系列 Altera的CPLD/FPGA器件 Altera的CPLD/FPGA的配臵
Altera是著名的PLD器件生产厂 商，Altera的PLD器件具有高性能、 高集成度和高性价比的优点，并且 Altera提供了全面的开发工具和丰 富的IP核、宏功能库等，因此 Altera的产品得到了广泛应用。
… 1 6个扩展乘积项
共享扩展项
去P IA
MAX7000器件的宏单元可以单独地配臵成 时序逻辑或组合逻辑工作方式。每个宏单元 由逻辑阵列、乘积项选择矩阵和可编程寄存 器等三个功能块组成。 MAX7000器件的宏单元中的逻辑阵列用来 实现组合逻辑，它为每个宏单元提供五个乘 积项。乘积项选择矩阵把这些乘积项分配到 “或”门和“异或”门作为基本逻辑输入,以 实现组合逻辑功能；或者把这些乘积项作为 宏单元中寄存器的辅助输入来实现清除、预 臵、时钟和时钟使能等控制功能。
APEX系列
APEX20K系列器件是第一个具有多核结构，支持可编程单芯片系统（ SOPC）的PLD器件系列 。这种多核结构集成了乘积项、查找表和嵌入式存储器块（ EAB）。乘积项结构适用于实现复 杂组合逻辑；使用查找表逻辑能实现增强型寄存器功能；查找表结构能有效实现数据通道、增 强型寄存器、数学运算及数字信号处理器等设计；嵌入式系统块（ ESB）能实现多种存储功能 ，包括FIFO、双端口RAM及内容可寻址存储器（CAM）。 APEX20K系列器件的配臵通常是在系统上电时，通过存储一个 Altera串行PROM中的配臵数据 或者由系统控制器提供的配臵数据来完成。Altera提供ISP串行数据配臵芯片，如EPC1、EPC2 、EPC16；APEX20K具有优化的接口，允许微处理器串行或并行，同步或异步对其进行配臵，微 处理器将APEX20K作为存储器对待，重新配臵也很容易。APEX20K器件被配臵后，可以通过重新 复位器件、加载新数据的方法实现在线可配臵。 APEX20KE器件属于超级APEX20K器件，它支持先进的I/O标准和内容可寻址存储器（CAM）， 并具有更多的全局时钟数、增强的“时钟锁定”时钟电路等附加特性。APEX20KE在APEX20K器 件基础上扩展到150万门。 APEXII器件结构与APEX20K器件结构一样，它集成了高速差分I/O，支持使用True-LVDS接口 。在True-LVDS接口中的并串转换、串并转换和CDS电路支持LVDS、LVPECL、HyperTransport和 PCML I/O标准。在一般用户I/O的Flexible-LVDS引脚提供附加的差分支持，增加了整个器件的 带宽，这种电路再加上增强型IOE及对大量I/O标准的支持，使得APEXII器件能满足高速接口的 需要。APEXII其间还具有其他的高性能特征，如双向双端口RAM、CAM、普通的PLL和大量的全 局时钟。