可编程逻辑器件PLD详解：从原理到FPGA/CPLD配置

该资源是西电大学大规模课程关于JTAG方式在系统编程的PPT，主要涵盖了可编程逻辑器件的基础知识，特别是FPGA和CPLD的配置。 正文: 可编程逻辑器件（PLD）是电子设计领域中的重要组成部分，它们允许用户根据需求定制电路功能，提供了一种灵活且高效的设计解决方案。PLD的定义是，由制造商生产的一种通用型半导体器件，用户可以通过编程来实现特定的逻辑功能。这种器件通常包括可编程逻辑单元和可编程连线，可以被配置为数字电路的各种形式。 PLD的基本原理基于“与或”阵列，即通过组合“与门”和“或门”实现任意逻辑函数。输入缓冲器负责增强输入信号并生成原变量和反变量，而输出缓冲器则处理输出信号，支持组合逻辑和时序逻辑输出。随着技术的发展，PLD经历了从早期的熔丝编程PROM和PLA，到PAL、GAL、EPLD、CPLD，最终到现在的FPGA的演变过程。 PROM是最早的可编程存储器，但只能一次性编程；EPROM引入了紫外线擦除功能，随后的E2PROM实现了电可擦除；PLA和PAL提供了更灵活的设计空间，GAL进一步增强了灵活性；CPLD和FPGA则是集成度更高、设计更灵活的代表，FPGA更是包含了复杂的内建功能模块，如可重配置的逻辑块、I/O单元和分布式RAM等。 PLD的分类可以从不同的角度进行，例如集成度、可编程性以及结构复杂度。按照集成度，可以分为低密度PLD（如PAL、GAL）和高密度PLD（如CPLD、FPGA）。低密度PLD适合于简单逻辑功能的实现，而高密度PLD则适用于更复杂、大规模的系统设计。此外，根据结构，PLD还可以分为基于查找表（LUT）的FPGA和基于宏单元的CPLD等。 在FPGA/CPLD的配置中，JTAG（Joint Test Action Group）是一种重要的在系统编程（ISP）方法。JTAG主要用于设备的测试和调试，但也可用于编程这些可编程器件。它使用一个四线接口（TCK、TDI、TDO和TMS），通过这些线进行数据传输和控制，使得无需额外的编程引脚即可对器件进行编程。 FPGA/CPLD的配置过程通常包括以下步骤： 1. 设计逻辑电路：使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）编写设计代码。 2. 逻辑综合：将代码转换为门级网表，优化逻辑结构。 3. 布局布线：根据目标器件的物理特性，安排逻辑单元的位置并连接它们。 4. 生成配置文件：将布局布线结果编码为特定的配置数据。 5. JTAG编程：使用JTAG工具将配置数据加载到FPGA/CPLD的配置存储器中。 JTAG在系统编程为FPGA和CPLD的使用提供了便利，使得设计者能够在不改变硬件的情况下更新和优化电路设计，极大地提高了设计效率和灵活性。这一技术在现代电子系统设计中起着至关重要的作用，尤其在需要快速迭代和原型验证的场合。