可编程逻辑器件【文献综述】.doc

1、 1 1 毕业论文 文献综述 电气工程及自动化 可编程逻辑器件 摘要： 描述可编程逻辑器件的发展历程， CPLD 的构造原理以及 CPLD/FPGA 的开发系统的简介和可编程逻辑器件的发展方向 。 关键词： 可编辑逻辑器件； CPLD 的构造；应用领域； VHDL 语言；发展方向 1 引言 随着可编程逻辑电路和 EDA 技术的发展，现代电子设计技术进入一个全新的阶段，可编程逻辑器件已经是电子设计的一个重要技术基础，在逻辑电路设计及嵌入式系统设计方面，以 CPLD/FPGA为代表的可编程逻辑器件已经逐步取代了传统的标准器件。 2 可编程逻辑 器件的发展历程 早期的的电子管、晶体管、小规模集成电路

2、、中规模集成电路、大规模集成电路发展到超大规模集成电路以及许多具有特定功能的专用集成电路。随着半导体工艺的日益飞速发展，集成电路产业已经成为当今非常热门的产业之一。 1集成电路包括专用集成电路（ ASIC）和通用的可编程器件（ PLD） 12。虽然 ASIC 也能够实现将大量逻辑功能继承与单片 IC 之中，但是 PLD 具有更高的灵活性，同时能够缩短开发周期，加快产品的上市时间，因此 PLD 获得了广泛的应用。 23 随着技术的发展，早期的通用 PLD 慢慢的退出了历史舞台，复杂可编程逻辑器件（ CPLD）和现场可编程门阵列（ FPGA）渐渐成为主流产品。 1234FPGA 是 Xilinx

3、公司于 1985 年首次推出的，它采用了 CMOS-SRAM 工艺，内部由多个独立可编程逻辑模块组成。 CPLD 是在 20 十几 80 年代末期在系统可编程技术出现以后，在可查出可编程逻辑器件的基础上发展起来的。 34可见， CPLD 和FPGA 两种可编程逻辑器件鸽子具有自己的特点和逻辑功能，两者之间具有互补功能，因此两者之间能够相互发展，成为两只领导可编程逻辑器件技术发展 的力量，缺一不可。 5 2.1 CPLD 的构造 CPLD 是具有固定输入和输出数目的任何组合逻辑汉书在可编程只读存储器中，以输出为输入的查找表方式来实现，能实现 PCB 板上几个简单 PAL 互连功能的器件的扩展。

4、16CPLD 是复杂的PLD，专指那些集成规模大于 1000 门的可编程逻辑器件，大多数采用浮栅型电可擦写可编程储存器（ EEPROM），可反复编程，不用每次上电重新下载。 6CPLD 由可编程逻辑的功能块围绕一个可编程互连矩阵构成，由固定长度的金属线实现逻辑单元之间的互连，并增加了 I/O 控制模块 的数量和功能。可以把 CPLD 的基本结构堪称由可编程逻辑阵列（ LAB）、可编程 I/O 控制模块和可编程内2 2 部连线 (PIA)等三部分组成，如图： I/O 控制模块 可编程逻辑阵列由若干个可编程逻辑宏单元组成，可编程逻辑宏单元内部主要包括与阵列、或阵列、可编程触发器和多路选择器等电路，

5、能独立地配置为时序或组合工作方式。 7在 CPLD 的宏单元内，通常含有两个或两个以上的触发器，其中一个触发器与输出端相连，其余触发器的输出可以通过相应的缓冲电路反馈到与阵列，从而与其他触发器一起构成较复杂的时序电路。 27 2.2 CPLD 和 FPGA 的应用领域 随着成本、功耗和容量的不断改善，现在 CPLD 器件已经大面积渗透到消费电子和汽车电子应用市场。 Altera 展示的基于 FPGA 及 CPLD 开发的产品在消费电子、通信、汽车电子、数字电视领域的应用表明它们不断适应新市场需求使得 CPLD 的应用呈现多极化态势。 89比如， Lionic 公司的网络安全中应用的是 Alte

6、ra 带有 Nios 处理器的 Cyclone ，其作用是实现硬件加速包扫描，而Nios 处理器则可以在现场进行病毒的升级更新，并在 ASIC 种应用 Nios 授权许可直接来开发ASSP，使得客户可以最低成本获得高速安全性能的解决方案， 2.3 CPLD 和 FPGA 的开发系统 CPLD的开发软件含有各种输入工具、仿真工具、版图设计工具和编程器等全线产品。因此电路设计人员无需专门的集成电路的深层知识，就可进行电路设计，可以用于设计用户所需要的数字逻辑电路，而且便于擦除修改，使用灵活。极大地缩短了开发周期，增强了可靠性，提高了灵活性。10Altera公司的 MAX+plus 开发系统是一个完

7、全集成化、易学易用的可编程逻辑设计环境。应用该软件，就可以完成对 CPLD的设计、校验、器件编程等工作。 3 3 每个开发系统都有自己的描述语言，为了便于各系统之间的兼容， IEEE发布了几种标准语言，最常用的有 CHDL和 Verilog。 VHDL是 Very High Speed Integrated Circuit HDL，即超高速集成电路硬件描述语言，该语言曾于 1987年和 1993年两次被定为 IEEE的标准，它可以快速地描述和综合 FPGA的设计。 12411与其他硬件描述于洋相比，它在编程是更规范，程序结构更适合整个系统的硬件结构，复合各模块的信号时序关系以及数据 的走向。它

8、有以下几个特点： （ 1）、以 VHDL语言从事设计工作，不需要考虑线路的布局问题，更加类似于软件商的高级语言，具备更强的模块化能力，并拥有良好的可读性以及程序的移植性。 （ 2）、画原理图的设计方式需要由算法转换成硬件概念，再将硬件概念转变成一个个硬件单元，而 VHDL比较接近算法的推演，可减少设计周期，加快产品的完成。 （ 3）、拥有高效率的生成代码，能够节省大量的资源。 3、总结 目前， CPLD 与 FPGA 逻辑器件正向着低电压、低功耗、系统内可重构和高速的可预测延时器件的 方向发展，很多生产厂商不断采用多种新技术、新工艺来提高 CPLD 与 FPGA 逻辑器件的容量，增加软件的功能

9、。相信在不久的将来， CPLD 会成为系统级平台设计的首选，在通信、自动控制、信息处理等领域发挥更加重要的作用。 参考文献 1 黄正瑾，徐坚等 .CPLD 系统设计技术入门与应用 M.北京：电子工业出版社， 2002， 3. 2 宋万杰，罗丰等 .CPLD 技术及其应用 M.西安：西安电子科技大学出版社， 1999,9. 3 俞一鸣，唐薇等 .Altera 可编程逻辑器件的应用与设计 M.北京：机械工业出版社， 2007,7. 4 王道宪 .CPLD/FPGA 可编程逻辑器件应用与开发 M.北京：国防工业出版社， 2004,1. 5 Operating requirements for Alt

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