可编程逻辑器件PLD详解：从基础知识到FPGA

"本资源是一份关于数字逻辑的课件，重点讲解了单进程描述状态机在设计存储控制器中的应用。课件中提到了不同状态如idle、decision、Read和Write，以及相关的控制信号，如写使能信号（we）、读使能信号（re）、时钟信号（clk）、准备就绪信号（ready）和读写信号（read_write）。此外，还讨论了存储控制器的状态转移图，展示了微处理器与存储控制器交互的不同阶段。" 正文: 在数字逻辑设计中，状态机是一种广泛使用的工具，特别是在控制器设计中，例如存储控制器的设计。状态机可以用来描述系统的操作流程，根据不同的输入信号和当前状态，决定系统的下一步动作。在这个课件中，我们关注的是单进程描述的状态机，它通常用于简化复杂逻辑的描述，便于理解和实现。 状态机由多个状态组成，每个状态代表系统的一种特定行为。在存储控制器中，常见的状态包括： 1. **idle（空闲）**：这是系统默认的初始状态，表明控制器没有执行任何读写操作。 2. **decision（判断）**：在这个状态，控制器评估是否需要进行读写操作。 3. **Read（读）**：当读使能信号（re=1）激活时，控制器进入读取数据的状态。 4. **Write（写）**：如果写使能信号（we=1）被触发，控制器则进入写入数据的状态。 这些状态之间的转换依赖于输入信号和当前状态。例如，当控制器接收到微处理器发出的读写信号（read_write），并结合其他条件（如ready信号）来决定是否进入读或写状态。同时，时钟信号（clk）在状态转换中起到同步的作用，确保操作在正确的时序下进行。 在存储控制器的设计中，写使能信号（we）和读使能信号（re）是关键的控制信号。它们决定了控制器是否允许数据从外部设备（如内存）读出或写入到内部寄存器。准备就绪信号（ready）则反映了外部设备是否准备好接收或提供数据。 此外，课件中还提到了可编程逻辑器件（PLD）的相关知识，包括PROM、PLA、GAL、CPLD和FPGA等。这些器件允许设计者根据需要配置其内部逻辑，从而实现灵活的数字逻辑设计。FPGA（Field Programmable Gate Array）作为现代数字系统设计中常用的可编程逻辑器件，其内部结构由可编程的与阵列、或阵列以及可编程的连接矩阵组成，用户可以通过编程定义这些结构来实现所需的逻辑功能。 PLD的发展历程显示了从固定的逻辑门阵列到可编程逻辑阵列的转变，这使得设计者能够更高效地适应不断变化的系统需求。通过使用VHDL等硬件描述语言，设计者可以描述复杂的逻辑功能，并将其配置到FPGA中，实现高度集成和定制化的数字系统。 这份课件不仅介绍了状态机在存储控制器设计中的应用，还涵盖了可编程逻辑的基础知识，对于理解数字逻辑系统的设计和实现具有重要意义。无论是对硬件工程师还是软件开发者，理解这些概念都对提升系统设计能力大有裨益。