可编程逻辑器件基础

第8章 编程与配置

290  SVF文件：JTAG测试文件（包含命令、数据与期望结果等信息）。用于边界扫描测试。  STAPL文件：标准测试编程语言文件。用于描述标准的在线编程动作。  XSVF文件： 经过压缩后适用于外部微控制器配置的串行向量文件。 8.5 iMPACT软件简介 Xilinx提供了一个可视化编程/配置软件iMPACT，用它可以生成编程/配置文件，进行配置链的管理和数据回读等操作。与iMPACT相关的软件工具是BitGen，Bitgen主要用于生成比特流文件，而使用iMPACT可以对器件进行编程/配置、JTAG链管理等。 一、 iMPACT属性 Xilinx用于生成比特流的工具BitGen是基于命令行的，它提供了丰富的选项来控制比特流文件的产生过程。ISE中集成了这个工具，用户可以通过ISE的图形界面iMPACT调用它，操作如下。 如图8-35所示，右击【Generate Programming File】后选择【Properties】即可打开iMPACT的属性对话框。iMPACT属性设置包括4个子对话框，分别是【General Options】对话框、【Configuration Options】对话框、【Startup Options】对话框和【Readback Options】对话框，下面分别进行介绍。 图8-35 打开iMPACT的【Properties】对话框 图8-36 iMPACT的【General Options】 iMPACT软件简介

291 图8-36为iMPACT属性的【General Options】部分，这里有两个选项需要用户注意：  【Enable BitStream Compression】比特流压缩。如前所述，FPGA的配置比特流文件由于占有率高低的不同可以进行不同程度的压缩，选中压缩使能，即可对目标比特流进行压缩。  【Other Bitgen Command Line Options】命令行属性，命令行用户可以在此输入命令行选项，实现对比特流文件的控制。 图8-37 BitGen的【Configuration Options】 图8-37为iMPACT属性的【Configuration Options】部分，这里的选项对于配置过程而言相对比较关键，下面我们将逐一介绍。  【Configuration Rate】配置速率：当采用主模式配置时，我们需要对配置速率进行设置。这个速率依器件、配置元件的不同而不同。值得注意的是，从模式配置并不需要设置这个选项。  【Configuration Pin Program】PROG脚状态：这个选项设置了配置结束后PROG脚的状态。  【Configuration Pin Done】DONE脚状态：与PROG脚状态选项类似，这个选项用以设置DONE脚状态。  【JTAG Pin xxx】JTAG脚状态：JTAG引脚在配置时都具备内部端接电阻，这个选项可以设置配置结束后这些引脚的状态。  【Unsed IOB Pins】未用管脚状态：为了减少系统干扰，我们可以对未使用的管脚状态进行设置。  【UnserID Code(8 Digit Hexadecimal)】用户信息：在比特流文件中，用户可以加入自己的用户代码来区分设计，这个代码为8位宽，用户可以任意指定内容。 图8-38为iMPACT属性的【Startup Options】部分，FPGA加载完数据后，进入启动状态。在这个状态，FPGA将对自身进行一些操作，BitGen启动选项就是对这个过程进行控制的。其各选项含义介绍如下。

PLD器件基础及开发系统介绍

概述

PLD（可编程逻辑器件）是一种集成电路，其内部电路可以通过编程进行配置和定制。它们具有灵活性和可重构性，可用于实现各种数字逻辑功能。本文将介绍PLD器件的基础知识，以及相关的开发系统。

PLD器件基础知识

什么是PLD器件？

PLD器件（Programmable Logic Device）是一类可编程逻辑集成电路。它们由可编程输入输出（I/O）引脚、可编程逻辑单元（logic cell）和可编程连接器（interconnects）组成。PLD器件可以通过编程器件内部的非易失性存储器来实现不同的逻辑功能。 PLD器件的分类

常见的PLD器件包括PAL（可编程阵列逻辑器件）、GAL（通用阵列逻辑器件）和CPLD（复杂可编程逻辑器件）。其中，PAL和GAL主要用于实现较为简单的逻辑功能，而CPLD则更适合实现较为复杂的逻辑功能。

PLD器件的分类还可以基于其内部架构，分为AND-OR型和OR-AND型。AND-OR型的PLD器件由与门和或门组成，而OR-AND型的PLD器件则由或门和与门组成。根据应用需求，选择适合的PLD器件类型能够充分发挥其性能优势。

PLD器件的开发流程

使用PLD器件进行开发需要经历以下几个步骤：

1. 设计：根据应用需求，设计逻辑电路的功能和结构，包括输入输出的定义、逻辑单元的布局等。 2. 编程：使用特定的编程器将设计好的逻辑电路进行编程，生成可加载到PLD器件的配置文件。

3. 下载：将编程好的PLD器件配置文件下载到PLD器件内部的非易失性存储器。

4. 验证：通过逻辑分析仪等工具，对加载到PLD器件的配置进行验证，确保逻辑电路功能的正确性。

5. 优化：如果存在性能或功耗方面的要求，可以对配置进行优化，通过重新设计逻辑电路或重新编程来改进性能。

PLD器件的开发流程可以根据不同的厂商和开发系统有所差异，但基本上都包含了这些步骤。 开发系统介绍

可编程逻辑器件报告

物理与机电工程学院

电气工程及其自动化

黄健

19920102203335

交通灯控制器

设计任务与要求

在十字路口，每条道路各有一组红、黄、绿灯和倒计时显示器，用以指挥车辆和行人有序地通行。其中，红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮，表示停车；绿灯(G)亮，表示可以通行。倒计时显示器是用来显示允许通行或禁止通行时间。交通灯控制器就是用来自动控制十字路口的交通灯和计时器，指挥各种车辆和行人安全通行。

（1）在十字路口的两个方向上各设一组红、绿、黄灯，显示顺序为其中一方向（东西方向）是绿灯、黄灯、红灯；另一方向（南北方向）是红灯、绿灯、黄灯。

（2）设置一组数码管，以倒计时的显示方式允许通行或禁止通行的时间，其中绿灯、黄灯、红灯的持续时间分别是20s、5s、和25s。

（3）当各条路上任意一条上出现特殊情况时，如当消防车、救护车或其他需要优先放行的车辆通过时，各方向上均是红灯亮，倒计时停止，显示数字在闪烁。当特殊运行状态结束后，控制器恢复原来状态，继续正常运行。

（4）用两组数码管实现双向倒计时显示。

交通灯控制器的核心范围是一个计数范围为0~49共（50秒）的计数器和一个根据计数值做出规定反映的控制器。另外，还需要输入CLK时钟信号。最后，要驱动七段数码管，显然还需要一个译码电路。

交通灯控制器原理图

设计方案

交通灯控制器的核心范围是一个计数范围为0~49共（50秒）的计数器和一个根据计数值做出规定反映的控制器。另外，作者所用的实验仪配备的晶振为20MHZ,因此还需要一个分频电路。最后，要驱动七段数码管，显然还需要一个译码电路。

交通灯控制器系统框图

计数器 控制器

红，黄，绿

发光二极

分位译码电路 七段数码管

倒计时数字及

“闪烁控制信Hold Reset

Clk1Hz Clk10Hz

设计实现与仿真结果

计数器的设计

这里需要的计数器的计数范围为0~49。计到49后，下一个时钟沿恢复到0，开始下一轮计数。此外，当检测到特殊情况（hold=1）发生时，计数器暂停计数，而系统恢复信号则使计数器异步清0。

可编程逻辑器件及应用 技法

一、可编程逻辑器件的概念及种类

可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）是一种可以根据用户需要进行编程的数字电路。它由固定数量的逻辑单元、输入/输出端口和可编程互连网络组成。根据其结构和功能特点，可编程逻辑器件主要分为三类：可编程门阵列（Programmable Array Logic，PAL）、可编程逻辑阵列（Programmable Logic Array，PLA）和复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device，CPLD）。

1. 可编程门阵列（PAL）

可编程门阵列是最早出现的一种PLD。它由一个或多个输入端口、一个或多个输出端口以及一组与这些输入输出端口相连的逻辑门组成。PAL中每个逻辑门都有一个开关控制其是否参与运算。PAL可以通过改变开关状态来改变电路功能。

2. 可编程逻辑阵列（PLA）

可编程逻辑阵列是在PAL的基础上发展起来的。与PAL不同的是，PLA中每个逻辑门都有两个开关控制其是否参与运算。这样就可以实现更加复杂的电路功能。

3. 复杂可编程逻辑器件（CPLD）

复杂可编程逻辑器件是一种集成度更高、功能更强大的PLD。它由多个可编程逻辑单元（Programmable Logic Block，PLB）组成，每个PLB包含多个可编程逻辑门、输入/输出端口和可编程互连网络。CPLD可以实现更加复杂的电路功能，并且具有更高的速度和密度。

二、可编程逻辑器件的应用

1. 数字电路设计

可编程逻辑器件可以根据用户需要进行编程，因此在数字电路设计中得到了广泛应用。例如，可以使用PAL或PLA来实现简单的逻辑功能，使用CPLD来实现复杂的电路功能。

2. 通信系统

通信系统中需要对数据进行处理和传输，因此需要大量的数字电路。可编程逻辑器件可以根据通信系统的需求进行编程，从而实现各种不同的数据处理和传输功能。