CPLD结构解析：基于乘积项的复杂可编程逻辑器件

本文主要介绍了复杂可编程逻辑器件CPLD的基本结构，特别是基于乘积项的CPLD设计，并以Xilinx公司的XC9500XL系列为例进行阐述。 CPLD，全称为Complex Programmable Logic Device，是一种可编程逻辑器件，其核心设计原理基于乘积项。这种结构使得CPLD能够灵活地实现复杂的数字逻辑功能。以XC9500XL为例，CPLD主要由三个部分组成： 1. 功能模块（Function Block）：这是CPLD的基本构建块，包含可编程与阵列、乘积项分配器以及18个宏单元。这些宏单元是实现逻辑功能的核心，它们可以配置为执行基本的逻辑操作，如与、或、非等。 2. 快速互连矩阵（FastCONNECT Ⅱ Switch Matrix）：这是一个高效的信号传递网络，它负责连接所有功能模块，确保信号在CPLD内部的高效传输。这种快速的互连能力使得CPLD能够快速响应并处理复杂的逻辑路径。 3. I/O控制模块：这个模块负责管理和控制输入输出的电气特性。用户可以通过配置实现不同类型的输出模式，如集电极开路输出、三态输出等，以适应不同的系统需求。 CPLD中的宏单元包含了乘积项阵列和可编程触发器。乘积项阵列类似于与或阵列，其交叉点可编程，允许用户根据需要定义逻辑关系。触发器部分则提供了存储功能，可以配置为D触发器或T触发器，具有可编程的时钟、清零和使能信号。若不需要存储功能，触发器还可以被旁路，让信号直接输出。 CPLD的逻辑实现原理是通过编程工具对CPLD的配置存储器进行编程，确定各个乘积项和触发器的状态，从而构建出所需的逻辑函数。用户通常使用硬件描述语言（如VHDL或Verilog）编写设计，然后通过综合工具将设计转化为适合CPLD内部结构的配置数据。 CPLD由于其高度的灵活性和模块化设计，被广泛应用于需要快速原型验证、小规模定制逻辑设计以及需要高性能和低功耗的嵌入式系统中。通过深入理解CPLD的内部结构和工作原理，设计者能够更有效地利用这种器件来满足特定的数字逻辑设计需求。