可编程逻辑器件：从PLA到FPGA的发展

"此接口既可作编程下载口，也可作JTAG接口，主要讨论了EDA技术中的可编程逻辑器件，如PLA、PAL、PROM、GAL和FPGA的发展与工作原理。" 在电子设计自动化（EDA）技术中，可编程逻辑器件（PLD）扮演着至关重要的角色。PLD允许用户根据自己的需求定制逻辑功能，极大地推动了数字电路设计的灵活性和效率。自20世纪80年代以来，PLD经历了多次演变，包括最早的可编程逻辑阵列（PLA）、可编程逻辑阵列（PAL）、可编程只读存储器（PROM）、通用阵列逻辑（GAL）以及当前广泛应用的现场可编程门阵列（FPGA）。 PLA是最早的PLD，由全译码的与阵列和可编程的或阵列构成，主要用于存储器。而PAL则在PLA的基础上，增加了固定的或阵列，使得设计更为灵活。PROM的可编程原理基于其内部的熔丝，可以被编程一次以实现特定逻辑功能。其结构包括固定的与阵列和可编程的或阵列。 GAL的出现进一步提升了灵活性，采用了熔丝编程方式，具备可擦除、可重复编程、数据长期保存和可重新组合结构的特点。GAL的结构包括寄存器输出和寄存器模式组合双向输出，使得它在20世纪80年代得到广泛应用。 FPGA是PLD发展的一个重要里程碑，它是一种高密度的可编程逻辑器件。FPGA内部由大量独立的可编程逻辑模块组成，这些模块可以通过灵活的互连网络进行连接。FPGA的优势在于其高密度、快速编程能力和设计的灵活性。随着技术的进步，现代FPGA的逻辑门数量已超过百万，并且集成了复杂的功能模块，如嵌入式处理器、高速接口和专用硬核IP。 在使用这些器件时，通常需要借助计算机辅助设计工具，通过原理图、状态机、布尔方程或硬件描述语言（如VHDL和Verilog）来描述设计思路。经过编译和综合过程，生成的目标文件会被编程器或下载电缆配置到PLD中，实现电路的功能。 在实际工程中，选择CPLD还是FPGA通常取决于项目需求，例如对速度、密度、功耗、成本和开发时间的考虑。CPLD通常用于中等规模的逻辑设计，而FPGA更适合大规模、高性能和高度灵活的设计。 EDA技术中的可编程逻辑器件提供了强大的设计工具，使得电子工程师能够快速、高效地实现定制化数字逻辑，从而满足各种应用场景的需求。随着技术的不断进步，PLD将继续在电子设计领域发挥关键作用。