可编程逻辑器件详解：从CPLD到FPGA

"FPGA与CPLD的配置与编程方案-EDA技术ppt文件" 在电子设计自动化（EDA）领域，可编程逻辑器件（PLD）是实现数字逻辑电路设计的重要工具。PLD允许设计师根据需求定制电路功能，而无需从头开始设计整个集成电路。本资源主要探讨了两种常见的PLD类型——复杂可编程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA），以及它们的配置和编程方法。 2．1．可编程逻辑器件概述 PLD的发展历程中，最早的类型是可编程逻辑数组（PLA），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。随后，出现了可编程逻辑阵列（PAL），它由可编程的与阵列和固定的或阵列组成，提供了更高的灵活性。接着，通用阵列逻辑（GAL）引入了熔丝编程，支持可擦除和可重复编程，进一步增强了设计的可变性。 2．2．CPLD的结构与工作原理 CPLD（Complex Programmable Logic Device）是由可编程逻辑宏单元组成的器件，通常包括输入/输出宏单元、逻辑宏单元和配置存储器。它们通过内部的可编程互连矩阵连接，形成所需的逻辑功能。CPLD的优点在于结构清晰、功耗低、设计周期短，适合中等规模的逻辑设计。 2．3．Xilinx公司XC4000系列FPGA简介 FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种高度可配置的集成电路，内部包含大量可编程逻辑块和I/O单元，以及复杂的互连网络。Xilinx的XC4000系列是早期的FPGA产品，它提供了更高的密度和灵活性，适用于大规模的数字系统设计。FPGA可以通过SRAM配置，这意味着每次电源上电时都需要重新加载配置数据。 2．4．CPLD/FPGA开发应用选择 在选择CPLD还是FPGA时，需要考虑以下因素：项目规模、性能需求、功耗限制、设计周期和成本。CPLD通常适合对功耗和成本敏感的小型到中型设计，而FPGA则适用于需要更高性能和复杂性的大型设计，或者需要快速原型验证和可重配置的场合。 2．2．3 PROM的可编程原理 PROM（Programmable Read-Only Memory）是一种一次编程的存储器，可以用来实现PLD的功能。它的阵列由固定与阵列和可编程或阵列组成，编程通过烧录熔丝实现，一旦编程后不能更改。 2．2．4 PAL结构与表示 PAL（Programmable Array Logic）是在PAL器件中，与阵列部分是固定的，而或阵列部分是可编程的。PAL的表示通常包括输入变量和输出函数的关系，用于描述其逻辑功能。 2．2．7 GAL的寄存器输出结构 GAL（Generic Array Logic）进一步改进了PAL，增加了寄存器输出结构，实现了组合逻辑和时序逻辑的结合，同时支持在系统编程，使得设计更加灵活。 总结，本资源详细介绍了PLD的发展历程、主要类型如PLA、PAL、GAL和FPGA的特点，以及CPLD和FPGA在设计中的应用选择。理解这些基本概念和技术对于进行现代数字系统设计和电子产品的开发至关重要。同时，学习如何配置和编程这些器件，可以提升工程师在EDA领域的专业技能。