第2章大规模可编程逻辑器件

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1、第第2 2章章 大规模可编程逻辑器件大规模可编程逻辑器件CPLD/FPGACPLD/FPGAo CPLDCPLD结构原理结构原理o FPGAFPGA结构原理结构原理o 产品介绍产品介绍o 编程、配置编程、配置本章内容：本章内容：2.1 CPLD结构与工作原理结构与工作原理Lattice公司公司ispLSI系列的系列的CPLD产品为例详细介绍：产品为例详细介绍： CPLD的内部结构的内部结构； CPLD的主要技术特征；的主要技术特征； CPLD的设计编程方法的设计编程方法。 2.1 CPLD结构与工作原理结构与工作原理 可编程逻辑块可编程逻辑块：CPLDCPLD的主要的主要组成部分，用以实现系统

2、逻组成部分，用以实现系统逻辑功能的配置；辑功能的配置； I/OI/O模块：模块：实现实现CPLDCPLD输入输入/ /输输出信号的引脚驱动及电平匹出信号的引脚驱动及电平匹配；配； 可编程互联通道：可编程互联通道：实现实现CPLDCPLD内部各个功能模块的互联通内部各个功能模块的互联通信。信。CPLDCPLD的内部结构：的内部结构：LAB(Logic array block 逻辑阵列块）逻辑阵列块） ispLSI1000 ispLSI1000和和ispLSI1000EispLSI1000E系列为通用器件；系列为通用器件； ispLSI2000ispLSI2000系列的器件适用于高速系统的设计；系

3、列的器件适用于高速系统的设计；ispLSI3000ispLSI3000系列的器件适用于复杂系统设计，集成度系列的器件适用于复杂系统设计，集成度高、速度高；高、速度高；ispLSI5000ispLSI5000系列的器件为系列的器件为68bit68bit超宽超宽输入系列；输入系列；ispLSI6000ispLSI6000系列的器件在结构上增加了系列的器件在结构上增加了存储器存储器；ispLSI8000ispLSI8000系列器件是系列器件是多寄存器超大结构多寄存器超大结构。 ispMACHispMACH系列器件的特征是超大、超宽、超快；系列器件的特征是超大、超宽、超快； 2.1.1 Lattice

4、公司的公司的CPLD器件器件LatticeLattice公司的公司的ispisp系列器件主要包括系列器件主要包括ispLSIispLSI和和ispMACHispMACH系列：系列：2.1.2 ispLSI1016输出布线区ORPA0A1A2A3A4A5A6A7集总布线区（GRP）B7B6B5B4B3B2B1B0输出布线区ORP通用逻辑块（GLB）宏模块时钟分配网络I/O 0I/O 1I/O 2I/O 3I/O 4I/O 5I/O 5I/O 7I/O 8I/O 9I/O 10I/O 11I/O 12I/O 13I/O 14I/O 15I/O 16I/O 17I/O 18I/O 19I/O 20I

5、/O 21I/O 22I/O 23I/O 24I/O 25I/O 26I/O 27I/O 28I/O 29I/O 30I/O 31 通用逻辑模块通用逻辑模块GLBGLB 输入输入/ /输出单元输出单元IOCIOC 集总布线区集总布线区GRPGRP 输出布线区输出布线区ORPORP 时钟分配网络时钟分配网络CDNCDN 10161016有有1616个个GLBGLB，每个，每个GLBGLB有有1818输入，一个可编程与输入，一个可编程与或阵列，或阵列，4 4个可以重构为组合型或寄存器型的输出。个可以重构为组合型或寄存器型的输出。乘积项乘积项共享共享阵列阵列与逻辑与逻辑阵列阵列输出输出逻辑宏单元逻辑

6、宏单元控制控制功能部分功能部分输入信号输入信号输出信号输出信号GLB组成框图组成框图2.1.2 ispLSI1016通通用用逻逻辑辑模模块块GLBGLB2.1.2 ispLSI1016 输入输入/ /输出单元输出单元IOCIOCMUXMUXMUXMUXVccMUXMUXDQ R/L reset I/O输出至集总布线区IOCLK0IOCLK1RESET来自输出布线区来自输出布线区来自OE选择器表示EEMOS编程单元2.1.2 ispLSI1016 输入输入/ /输出单元输出单元IOCIOC2.1.2 ispLSI1016 集总布线区集总布线区GRPGRPispLSIispLSI结构的中央是全局布

7、线区结构的中央是全局布线区(GRP)(GRP)，它连接所，它连接所有的内部逻辑：有的内部逻辑：u 提供高速的提供高速的内部连线内部连线，可实现，可实现IOCIOC到到GLBGLB或者或者GLBGLB到到GLBGLB的互连。的互连。u 特点是其输入输出之间的特点是其输入输出之间的延迟恒定且可预知延迟恒定且可预知。2.1.2 ispLSI1016 输出布线区输出布线区ORPORP： GLBGLB和和IOCIOC之间的可编程互连阵列，之间的可编程互连阵列，可提高分配可提高分配IOIO管脚的灵活性，简化布线软件管脚的灵活性，简化布线软件2.1.2 ispLSI1016 时钟分配网络时钟分配网络CDNC

8、DN：u 用于产生用于产生5 5个全局时钟信号，分配给个全局时钟信号，分配给GLBGLB和和I/OI/O用；用；u 可将时钟专用可将时钟专用GLBGLB的的4 4个输出送入时钟分配网络，以建立用个输出送入时钟分配网络，以建立用户定义的内部时钟。户定义的内部时钟。通用逻辑块B0O0O1O2O3CLK0CLK1CLK2IOCLK0IOCLK1Y1Y2Y0时钟分配网络2.1.2 ispLSI1016 宏模块结构：宏模块结构：器件采用的一种分块结构器件采用的一种分块结构宏模块是其中一个大的结构单元。每个宏模块由宏模块是其中一个大的结构单元。每个宏模块由8个个GLB、一个、一个ORP、16个个IOC、两

9、个直接输入、两个直接输入DI组成。组成。1.Ultra-MOS工艺工艺 利用利用Ultra-MOS工艺生产的工艺生产的ispLSI器件具有器件具有高密度，高性能的特点。目前高密度，高性能的特点。目前ispLSI系列器件系列器件的系统工作的系统工作速度速度已达已达200MHz，集成度集成度可达可达58000个逻辑门。个逻辑门。2.1.3 ispLSI器件的主要技术特性器件的主要技术特性2.在系统编程功能在系统编程功能 所有的所有的ispLSI系列器件均为系列器件均为ISP器件，具有在系统编程器件，具有在系统编程能力。能力。 所谓所谓“在系统可编程在系统可编程”是指对器件、电路板、整个电是指对器件

10、、电路板、整个电子系统进行逻辑重构和功能修改的能力，这种重构可以子系统进行逻辑重构和功能修改的能力，这种重构可以在制造之前，调试过程中，甚至在交付用户使用之后进在制造之前，调试过程中，甚至在交付用户使用之后进行。行。2.1.3 ispLSI器件的主要技术特性器件的主要技术特性3.边界扫描测试功能边界扫描测试功能 边界扫描技术主要解决芯片的测试问题，借助一个边界扫描技术主要解决芯片的测试问题，借助一个4信信号线的接口及相应的软件则可实现对电路板上所有支持边号线的接口及相应的软件则可实现对电路板上所有支持边界扫描的芯片内部逻辑和边界引脚的测试。界扫描的芯片内部逻辑和边界引脚的测试。 ispLSI器

11、件中器件中ispLSI 3000、 6000及及8000系列器件支持系列器件支持IEEE1149.1.边界扫描测试标准。它们可以通过边界扫描测试标准。它们可以通过5个个ISP编程编程管脚中的管脚中的4个来传递边界扫描信号。个来传递边界扫描信号。 2.1.3 ispLSI器件的主要技术特性器件的主要技术特性4.加密功能加密功能 ispLSI器件具有加密功能，用于防止非法拷贝器件具有加密功能，用于防止非法拷贝JEDEC数据文件。数据文件。ispLSI器件中提供了一段特殊的加密单元，器件中提供了一段特殊的加密单元，该单元被加密以后就不能读出器件的逻辑配置数据。由该单元被加密以后就不能读出器件的逻辑配