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1、第2章 可编程逻辑器件,主要厂商,随着可编程逻辑器件应用的日益广泛，许多IC制造厂家涉足PLD/FPGA领域。目前世界上有十几家生产CPLD/FPGA的公司，最大的三家是： ALTERA， XILINX， Lattice， 其中ALTERA和XILINX占有了60%以上的市场份额。,概 述 九十年代以后发展很快，最大的可编程逻辑器件供应商之一 左图：位于硅谷圣侯塞的ATERA总部,1、,开发软件 MAX+PLUSII ：普遍认为MaxplusII曾经是最优秀的PLD开发平台之一，适合开发早期的中小规模PLD/FPGA，目前已经由QuartusII替代，不再推荐使用； QuartusII ：Al
2、tera新一代FPGA/PLD开发软件，适合新器件和大规模FPGA的开发。 SOPC Builder：配合QuartusII，可以完成集成CPU的FPGA芯片的开发工作 DSP Builder：QuartusII与Mathlab的接口，利用IP核在Mathlab中快速完成数字信号处理的仿真和最终FPGA实现,QuartusII软件： 支持Altera器件设计，支持原理图，HDL语言，支持波形仿真，时间分析，编程下载。 一般情况不使用它的仿真工具，仿真工具用Modelsim。,芯片选型指导：,1. 主流PLD产品： MAXII：新一代PLD器件，0.18um falsh工艺，2004年底推出，采
3、用FPGA结构,配置芯片集成在内部，和普通PLD一样上电即可工作。容量比上一代大大增加，内部集成一片8Kbits串行EEPROM，增加很多功能。MAXII采用2.5v或者3.3v内核电压，MAXII G系列采用1.8v内核电压。 简评：性价比不错，未来几年主流器件，推荐使用，不过MAXII容量较大，对于只需要几十个逻辑单元的简单逻辑应用，建议使用小容量的EPM3000A系列芯片。,2.主流FPGA产品 Altera的主流FPGA分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求，如Cyclone，CycloneII；还有一种侧重于高性能应用，容量大，性能能满足各类高端应用
4、，如Startix，StratixII等，用户可以根据自己实际应用要求进行选择。 在性能可以满足的情况下，优先选择低成本器件。 Cyclone（飓风）：Altera中等规模FPGA，2003年推出，0.13um工艺,1.5v内核供电，与Stratix结构类似，是一种低成本FPGA系列 ，是目前主流产品，其配置芯片也改用全新的产品。 简评：Altera最成功的器件之一，性价比不错，是一种适合中低端应用的通用FPGA，推荐使用,CycloneII：Cyclone的下一代产品，2005年开始推出，90nm工艺，1.2v内核供电，属于低成本FPGA，性能和Cyclone相当，提供了硬件乘法器单元 。
5、简评：刚刚推出的新一代低成本FPGA，目前市场零售还不容易买到，估计从2005年年底开始，将逐步取代Cyclone器件，成为Altera在中低FPGA市场中的主力产品。,Stratix ：altera大规模高端FPGA,2002年中期推出，0.13um工艺，1.5v内核供电。集成硬件乘加器,芯片内部结构比Altera以前的产品有很大变化。 简评：Startix芯片在2002年的推出，改变了Altera在FPGA市场上的被动局面。该芯片适合高端应用。 随着2005年新一代StratixII器件的推出，将被StratixII逐渐取代。,StratixII: Stratix的下一代产品，2004年中
6、期推出，90um工艺，1.2v内核供电，大容量高性能FPGA 。 简评：性能超越Stratix,是未来几年中，Altera在高端FPGA市场中的主力产品。,2、,概 述 FPGA的发明者，老牌PLD/FPGA公司，是最大可编程逻辑器件供应商之一。99年Xilinx收购了Philips的PLD部门。,开发软件： ISE：Xilinx公司集成开发的工具 Foundation: Xilinx公司早期的开发工具，逐步被ISE取代 ISE Webpack： Webpack是xilinx提供的免费开发软件，功能比ISE少一些，可以从xilinx网站下载 嵌入式开发套件（EDK）： 用于开发集成PowerP
7、C硬核和MicroBlaze软核CPU的工具 System Generator for DSP ：配合Mathlab，在FPGA中完成数字信号处理的工具 Xilinx IP 核 ： Xilinx公司拥有非常完整的IP库,芯片选型指导 1.主流PLD产品 XC9500 Flash工艺PLD,常见型号有XC9536， XC9572，XC95144等。型号后两位表示宏单元数量。 XC9500: 简评：5V产品已经不推荐使用 XC9500XL/XV: 简评：XC9500XL系列 目前仍然是Xilinx主要的PLD产品,CoolRunner-II： 1.8v低功耗PLD产品， 简评：静态功耗很低，性能指
8、标优于XC9500，主要用于用于电池供电系统，国内使用者还不是非常广泛。,1.主流FPGA产品 Xilinx的主流FPGA分为两大类，一种侧重低成本应用，容量中等，性能可以满足一般的逻辑设计要求，如Spartan系列；还有一种侧重于高性能应用，容量大，性能能满足各类高端应用，如Virtex系列，用户可以根据自己实际应用要求进行选择。 在性能可以满足的情况下，优先选择低成本器件。,Spartan-3/3L: 新一代FPGA产品，结构与VirtexII类似，全球第一款90nm工艺FPGA，1.2v内核，于2003年开始陆续推出。 简评：成本低廉，总体性能指标不是很优秀，适合低成本应用场合，是Xil
9、inx未来几年在低端FPGA市场上的主要产品，目前市场上中低容量型号很容易购买到，大容量相对少一些。,Spartan-3E：xilinx最新推出的低成本FPGA，基于Spartan-3/3L，对性能和成本进一步优化 简评：成本低廉，总体性能指标不是很优秀，适合低成本应用场合，是Xilinx未来几年在低端FPGA市场上的主要产品，目前刚刚推出，很多型号还没有大批量生产。,Virtex-4: xilinx最新一代高端FPGA产品，包含三个子系列：LX，SX，FX 。 简评：各项指标比上一代VirtexII均有很大提高，获得2005年EDN杂志最佳产品称号，从2005年年底开始批量生产，将逐步取代V
10、irtexII，VirtexII-Pro,是未来几年Xilinx在高端FPGA市场中的最重要的产品，,Virtex-II:2002年推出，0.15um工艺，1.5v内核，大规模高端FPGA产品 简评：Xilinx比较成功的产品，目前在高端产品中使用广泛，新设计推荐用户转到Virtex-4器件上。,Virtex-II pro: 基于VirtexII的结构，内部集成CPU和高速接口的FPGA产品 简评：Xilinx第一款集成PowerPC和高速收发模块的FPGA，新设计推荐用户转到Virtex-4 FX器件上。,3、,概 述： Lattice（中文名：莱迪思）是ISP（在线可编程）技术的发明者，I
11、SP技术极大的促进了PLD产品的发展，80年代和90年代初是其高速发展的黄金时期。Lattice中小规模PLD/FPGA比较有特色，种类齐全，性能不错。99年Lattice收购Vantis（原AMD子公司）,2001年收购Lucent微电子的FPGA部门，2004年以后开始大规模进入FPGA领域，是世界第三大可编程逻辑器件供应商。目前Lattice公司在上海设有研发部门。,产品选型指导 Lattice在PLD领域发展多年，拥有众多产品系列，目前主流产品是 ispMACH4000系列PLD和LatticeEC/ECP系列FPGA，此外，在混合信号芯片上，也有诸多建树，如可编程模拟芯片ispPAC
12、，可编程电源管理，时钟管理等。,1.PLD产品 MachXO: Lattice利用FPGA技术和结构设计的新一代PLD，0.13um Flash工艺。 不需要加载，和传统PLD一样上电即可工作。部分型号还集成锁相环和RAM块,ispMACH4000V/B/C/Z: Lattice收购Vantis公司以后推出的新一代PLD，目前的主流PLD产品，0.18um工艺。其中4000Z系列是零功耗PLD，静态功耗非常低，适用于电池供电系统。 简评：4000系列是Lattice目前最成功的产品之一,2.FPGA产品： LatticeECP2：Lattice最新的低成本FPGA产品，90nm工艺，1.2v内
13、核供电。 LatticeECP2包含DSP单元。 简评：ECP2系列FPGA将是Lattice未来几年的主力产品，主攻低成本通用FPGA市场,LatticeSC：Lattice最新的高性能FPGA产品，90nm工艺，1.2v内核供电，带高速串行接口。 简评：Lattice未来几年的主力产品，主攻高性能FPGA市场,LatticeEC/ECP：Lattice的FPGA产品，0.13um工艺，1.5v内核供电。 LatticeEC不包含DSP单元，侧重于普通逻辑应用，ECP包含DSP模块，可用于数字信号处理，该FPGA可以使用通用的存储器给FPGA进行配置，不需要专用的配置芯片。 简评：EC/EC
14、P系列FPGA是Lattice的主力产品之一，主攻低成本通用FPGA市场。,LatticeXP: Lattice的FPGA产品， LatticeXP器件将非易失的FLASH单元和SRAM技术组合在一起，不需要配置芯片，提供了支持“瞬间”启动和无限可重复配置的单芯片解决方案。 一个分布在LatticeXP器件中的FLASH单元阵列存储器件的配置。 在上电时，该配置在1毫秒内从FLASH存储器中被传送到配置SRAM中，提供了瞬时上电的FPGA。 简评：适合需要瞬时上电，加密以及不希望使用外部配置芯片的应用。,在系统编程技术ISP-In System Program,对PLD的逻辑功能可随时进行修改
15、，由Lattice公司率先发明。 优点： 方便硬件的调试 方便硬件版本的升级，类似于软件升级,Page 46,在系统编程技术ISP-In System Programmable,Page 47,大规模、超大规模集成电路、其性能已不能单凭器件本身的电路结构评估，需要配备相应的软件才能形成一个整体。软件如何录入“固化”进入器件？ 方法1：编程器（Programmer） 专用编程器和通用编程器 方法2：在系统编程ISP 通过几根编程线与计算机的并行口/串口相连，在专门应用软件配合下，方便的实现程序下载。,边界扫描测试技术BSTBoundary Scan Test,据IEEE1149.1标准JTAG，
16、用于解决大规模集成电路的测试问题。 现在新开发的可编程器件都支持边界扫描技术，并将其作为ISP接口。 在DSP开发和嵌入式处理器的开发中应用得非常广泛。,Page 48,JTAG Joint Test Action Group联合测试行动小组,JTAG方法的原理,FPGA每个输入输出引脚都增加了一个移位寄存器，在测试模式下，这些寄存器用来控制输出引脚的状态和读取输入引脚的状态，从而完成了测试工作。,JTAG测试需要的5种信号 TCK：测试时钟，用来控制状态机和数据传送； MS：边界扫描工作模式； TDI：测试数据输入，在TCK上升沿，接收串行数据； TDO：测试数据输出； TRST：测试复位，用于复位状态机。,边界扫描测试步骤 移位输入和译码指令 移位输入测试数据 执行测试 输出结果,JTAG与FPGA连接,EDA技术的涉及内容小结,实现载体：大规模可编程逻辑器件PLD 描述方式：硬件描述语言VHDL、Verlog HDL等 设计工具：开发软件、开发系统 硬件验证：实验开发系统 设计思路： MCU+CPLD/FPGA
