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可编程逻辑器件应用前景探讨

2010年08月24日10:54:14 本网站 我要评论(2)字号:T | T | T

一、可编程逻辑器的发展

  可编程逻辑器(PLD)是70年代发展起来的一种划时代的新型逻辑器件,一般来说,PLD器件是由用户配置以完成某种逻辑功能的电路。PLD器件自问世以来,制造工艺上采用TTL、CMOS、ECL及静态RAM技术,器件类型有PROM、EPROM、E2PROM、FPLA、PA L、GAL、PML及LCA等,PLD在性能和规模上的发展,主要依赖于制造工艺的不断改进,高密 度PLD是VLSI集成工艺高度发展的产物。80年代末,美国ALTERA和XILINX公司采用EECMOS工艺,分别推出大规模和超大规模的复杂可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程逻辑门阵列器件(FPGA),这种芯片在达到高度集成度的同时,所具有的应用灵活性和多组态功能是以往的LSI/VLSI电路无法比拟的。
 
  到90年代,CPLD/FPGA发展更为迅速,不仅具有电擦除特性,而且出现了边缘扫描及在线编 程等高级特性。另外,外围I/O模块扩大了在系统中的应用范围和扩展性。较常用的有XILIN X公司的EPLD和ALTERA及LATTICE公司的CPLD.1992年LATTICE公司率先推出ISP(In-System P rogrammability),并推出ISP_LSI1000系列高密度ISP器件。1998年HDPLD的主流产品集成 度约为1~3万门,同时25万门产品开始面世,1999年产品集成度40万门,2000年已经出现了容量为200万门的产品。
 
  PLD器件目前正朝着更高速、更高集成度、更强功能和更灵活的方向发展,它不仅已成为标准逻辑器件的一个强有力的竞争对手,也成为掩膜式专用集成电路的竞争者。

二、PLD在电子领域中的应用

1.PLD在ASIC设计中的应用

  把一个有专用目的,并具有一定规模的电路或子系统集成化而设计在一芯片上,这就是专用 集成电路ASIC的设计任务,通常ASIC的设计要么采用全定制电路设计方法,要么采用半定制电路设计方法进行检验,若不满足要求,还要重新设计再进行验证。这样,不但开发费用高 ,而且设计开发周期长,因此设计出的产品性价比不高,显然,产品没有市场竞争力,自然 就降低了产品的生命周期,而传统的ASIC设计方法来说,这又是不可避免的。
 
  随着设计方法的不断完善,不仅需要简化设计过程,而且,越来越需要降低系统体积和成本 ,提高系统的可靠性,缩短研制周期,于是希望有一种由很多厂家都可提供的,具有一定连线的结构和已封装好的全功能的标准电路。由于共同性强,用量大,所以成本也不高。这种器件可以由用户根据需要自行完成编程设计工作,用某种编程技术自己“烧制”使内部电 路结构实现再连接,也就是说用户既是使用者又是设计者和制造者,这种器件就是PLD,它的引入就形成了半定制电路设计方法的可编程ASIC.目前,HDPLD有两种用途:一是用于较终产品;一是用于ASIC化的前道工序的开发试制品。C PLD/FPGA在国际上现已成为很流行的标准化IC芯片,从我国的国情来看,将CPLD/FPGA用于A SIC原形设计会得到大力推广。

2.基于EDA的CPLD/FPGA应用

  电子产品的高度集成数字化是必由之路,我国的电子设计技术经过了SSI和MCU阶段,现在又 面临一次新突破即CPLD/FPGA在EDA基础上的广泛应用。如果说MCU在逻辑的实现上是无 限的话,那么CPLD/FPGA不但包括了MCU这一特点,而且可触及硅片电路的物理界限,并兼有串、并行工作方式,高速、高可靠性以及宽口径适用性等诸多方面的特点。不但如此,随着 EDA技术的发展和CPLD/FPGA在深亚微米领域的应用,它们与MCU、MPU、DSP、A/D、D/A、RAM 及ROM等器件间物理与功能界限已日益模糊。特别是软/硬IP芯核产业的迅速发展,嵌入式通用及标准FPGA器件,片上系统(SOC),1999年底已经上市。CPLD/FPGA以其不可替代的地位 以及伴随而来的具有经济特征的IP芯核产业的崛起,正越来越受到业内人士的观注。
 
  基于EDA技术的发展,CPLD/PFGA与其他MCU相比,其优点越来越明显。PLD/FPGA产品采用先进的JTAG-ISP和在系统配制编程,这种编程方式可轻易地实现红外线编程、超声编程或无线编程,或通过电话线远程编程,编程方式简便、先进。这些功能在工控、智能仪表、通信和军事上有特别用途。CPLD/FPGA的设计开发采用功能强大的EDA工具,通过符合国际标准的硬件描述语言(如VHDL或VERILOG-HDL)来进行电子系统设计和产品开发,开发工具的通用性,设计语言的标准化以及设计过程几乎与所用的CPLD/FPGA器件的硬件结构没有关系,所以设 计成功的逻辑功能软件有很好的兼容性和可移植性,开发周期短;易学易用,开发便捷。可以预言我国的EDA技术学习和CPLD/FPGA的应用热潮决不会逊色于过去10年的单片机热潮。
 
  可编程逻辑器件一开始主要用于通信领域。它的优势在于缩短开发生产周期,现场灵活性好 ,适于少量生产,不足之处是价格昂贵,适用于中小批量生产,随着微细化的进步,芯片面积缩小,价格迅速下降,市场发展加快。目前PLD/CPLD约占全球市场规模的6成 ,但今后FPGA的比重将日益增大。

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