可編程邏輯器件應用前景探討
一、可編程邏輯器的發展
可編程邏輯器(PLD)是70年代發展起來的一種劃時代的新型邏輯器件,一般來說,PLD器件是由用戶配置以完成某種邏輯功能的電路。PLD器件自問世以來,制造工藝上采用TTL、CMOS、ECL及靜態RAM技術,器件類型有PROM、EPROM、E2PROM、FPLA、PA L、GAL、PML及LCA等,PLD在性能和規模上的發展,主要依賴于制造工藝的不斷改進,高密 度PLD是VLSI集成工藝高度發展的產物。80年代末,美國ALTERA和XILINX公司采用EECMOS工藝,分別推出大規模和超大規模的復雜可編程邏輯器件(CPLD)和現場可編程邏輯門陣列器件(FPGA),這種芯片在達到高度集成度的同時,所具有的應用靈活性和多組態功能是以往的LSI/VLSI電路無法比擬的。
到90年代,CPLD/FPGA發展更為迅速,不僅具有電擦除特性,而且出現了邊緣掃描及在線編 程等高級特性。另外,外圍I/O模塊擴大了在系統中的應用范圍和擴展性。較常用的有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的主流產品集成 度約為1~3萬門,同時25萬門產品開始面世,1999年產品集成度40萬門,2000年已經出現了容量為200萬門的產品。
PLD器件目前正朝著更高速、更高集成度、更強功能和更靈活的方向發展,它不僅已成為標準邏輯器件的一個強有力的競爭對手,也成為掩膜式專用集成電路的競爭者。
二、PLD在電子領域中的應用
1.PLD在ASIC設計中的應用
把一個有專用目的,并具有一定規模的電路或子系統集成化而設計在一芯片上,這就是專用 集成電路ASIC的設計任務,通常ASIC的設計要么采用全定制電路設計方法,要么采用半定制電路設計方法進行檢驗,若不滿足要求,還要重新設計再進行驗證。這樣,不但開發費用高 ,而且設計開發周期長,因此設計出的產品性價比不高,顯然,產品沒有市場競爭力,自然 就降低了產品的生命周期,而傳統的ASIC設計方法來說,這又是不可避免的。
隨著設計方法的不斷完善,不僅需要簡化設計過程,而且,越來越需要降低系統體積和成本 ,提高系統的可靠性,縮短研制周期,于是希望有一種由很多廠家都可提供的,具有一定連線的結構和已封裝好的全功能的標準電路。由于共同性強,用量大,所以成本也不高。這種器件可以由用戶根據需要自行完成編程設計工作,用某種編程技術自己“燒制”使內部電 路結構實現再連接,也就是說用戶既是使用者又是設計者和制造者,這種器件就是PLD,它的引入就形成了半定制電路設計方法的可編程ASIC.目前,HDPLD有兩種用途:一是用于較終產品;一是用于ASIC化的前道工序的開發試制品。C PLD/FPGA在國際上現已成為很流行的標準化IC芯片,從我國的國情來看,將CPLD/FPGA用于A SIC原形設計會得到大力推廣。
2.基于EDA的CPLD/FPGA應用
電子產品的高度集成數字化是必由之路,我國的電子設計技術經過了SSI和MCU階段,現在又 面臨一次新突破即CPLD/FPGA在EDA基礎上的廣泛應用。如果說MCU在邏輯的實現上是無 限的話,那么CPLD/FPGA不但包括了MCU這一特點,而且可觸及硅片電路的物理界限,并兼有串、并行工作方式,高速、高可靠性以及寬口徑適用性等諸多方面的特點。不但如此,隨著 EDA技術的發展和CPLD/FPGA在深亞微米領域的應用,它們與MCU、MPU、DSP、A/D、D/A、RAM 及ROM等器件間物理與功能界限已日益模糊。特別是軟/硬IP芯核產業的迅速發展,嵌入式通用及標準FPGA器件,片上系統(SOC),1999年底已經上市。CPLD/FPGA以其不可替代的地位 以及伴隨而來的具有經濟特征的IP芯核產業的崛起,正越來越受到業內人士的觀注。
基于EDA技術的發展,CPLD/PFGA與其他MCU相比,其優點越來越明顯。PLD/FPGA產品采用先進的JTAG-ISP和在系統配制編程,這種編程方式可輕易地實現紅外線編程、超聲編程或無線編程,或通過電話線遠程編程,編程方式簡便、先進。這些功能在工控、智能儀表、通信和軍事上有特別用途。CPLD/FPGA的設計開發采用功能強大的EDA工具,通過符合國際標準的硬件描述語言(如VHDL或VERILOG-HDL)來進行電子系統設計和產品開發,開發工具的通用性,設計語言的標準化以及設計過程幾乎與所用的CPLD/FPGA器件的硬件結構沒有關系,所以設 計成功的邏輯功能軟件有很好的兼容性和可移植性,開發周期短;易學易用,開發便捷?梢灶A言我國的EDA技術學習和CPLD/FPGA的應用熱潮決不會遜色于過去10年的單片機熱潮。
可編程邏輯器件一開始主要用于通信領域。它的優勢在于縮短開發生產周期,現場靈活性好 ,適于少量生產,不足之處是價格昂貴,適用于中小批量生產,隨著微細化的進步,芯片面積縮小,價格迅速下降,市場發展加快。目前PLD/CPLD約占全球市場規模的6成 ,但今后FPGA的比重將日益增大。
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