CPLD结构解析：基于乘积项的复杂可编程逻辑器件

"本文详细介绍了EDA/PLD中的复杂可编程逻辑器件CPLD的基本结构，以Xilinx的XC9500XL系列为例，阐述了CPLD的乘积项基础、主要组成部分以及逻辑实现原理。" CPLD，全称为Complex Programmable Logic Device，是一种可编程逻辑器件，广泛应用于数字电路设计中。其基本结构基于乘积项，这种设计允许用户灵活地配置和实现复杂的逻辑功能。Xilinx公司的XC9500XL系列是其中的一个典型代表，而其他CPLD产品在结构上大同小异。 CPLD的核心结构可以分为三个主要部分：功能模块（Function Block）、快速互连矩阵（FastCONNECT II Switch Matrix）以及I/O控制模块。每个功能模块是CPLD的基础构建块，包含了可编程与阵列、乘积项分配器和18个宏单元。这些宏单元是实现逻辑功能的基本单元，它们能够执行基本的逻辑运算，并通过可编程的与或阵列进行组合。乘积项分配器则负责将这些逻辑运算的结果整合起来，形成最终的输出。 快速互连矩阵在CPLD中起到关键作用，它如同一个高效的高速公路系统，连接所有的功能模块，确保信号在不同模块间的快速、准确传递。此外，I/O控制模块提供了对输入输出特性的精细控制，如集电极开路输出、三态输出等，以满足不同的应用需求。 图1展示了CPLD的内部结构，包括I/O/GCK（全局时钟）、I/O/GSR（全局复位）和I/O/GTS（全局输出使能）等关键信号，这些全局信号确保了整个CPLD内部的同步和一致性。图2进一步描绘了功能模块的详细结构，而图3揭示了宏单元的组成，包括可编程的与或阵列和触发器，后者可以配置为D触发器或T触发器，以适应不同的时序逻辑需求。 在逻辑实现原理方面，CPLD通过编程工具（如Xilinx的ISE Design Suite）将用户的逻辑设计转化为配置数据，然后写入CPLD的配置存储器中。当设备上电或复位后，这些配置数据会控制宏单元和互连矩阵，根据设计要求实现逻辑功能。由于每个宏单元都可以独立编程，因此CPLD可以灵活地支持并行处理多个逻辑任务，提高了设计的效率和灵活性。 CPLD作为一种高度可定制化的数字逻辑解决方案，以其模块化的设计、高效的互连机制和灵活的I/O控制，成为了现代电子系统设计中的重要工具。通过对CPLD的深入理解和熟练运用，工程师能够更高效地实现复杂逻辑功能，加速产品的开发周期。