可編程邏輯件概述

可編程邏輯器件 英文全稱(chēng)為：programmable logic device 即 PLD。PLD是做為一種通用集成電路產(chǎn)生的，他的邏輯功能按照用戶對(duì)器件編程來(lái)確定。一般的PLD的集成度很高，足以滿足設(shè)計(jì)一般的數(shù)字系統(tǒng)的需要。

這樣就可以由設(shè)計(jì)人員自行編程而把一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)“集成”在一片PLD上，而不必去請(qǐng)芯片制造廠商設(shè)計(jì)和制作專(zhuān)用的集成電路芯片了。PLD與一般數(shù)字芯片不同的是：PLD內(nèi)部的數(shù)字電路可以在出廠后才規(guī)劃決定，有些類(lèi)型的PLD也允許在規(guī)劃決定后再次進(jìn)行變更、改變，而一般數(shù)字芯片在出廠前就已經(jīng)決定其內(nèi)部電路，無(wú)法在出廠后再次改變，事實(shí)上一般的模擬芯片、混訊芯片也都一樣，都是在出廠后就無(wú)法再對(duì)其內(nèi)部電路進(jìn)行調(diào)修。

70年代：出現(xiàn)只讀存儲(chǔ)器PROM (Programmable Read only Memory)，可編程邏輯陣列器件PLA (Programmable Logic Array)70年代末：AMD推出了可編程陣列邏輯PAL (Programmable Array Logic)80年代：Lattice公司推出了通用陣列邏輯GAL ( Generic Array Logic)80年代中：Xilinx公司推出了現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA (Field Programmable GateArray )。Altera公司推出了可擦除的可編程邏輯器件EPLD (Erase Programmable LogicDevice)，集成度高，設(shè)計(jì)靈活，可多次反復(fù)編程90年代初：Lattice公司又推出了在系統(tǒng)可編程概念I(lǐng)SP及其在系統(tǒng)可編程大規(guī)模集成器件ispLSI)現(xiàn)以Xilinx、Altera、Lattice為主要廠商，生產(chǎn)的FPGA單片可達(dá)上千萬(wàn)門(mén)、速度可實(shí)現(xiàn)550MHz，采用65nm甚至更高的光刻技術(shù)。

邏輯器件可分為兩大類(lèi) - 固定邏輯器件和可編程邏輯器件。 一如其名，固定邏輯器件中的電路是永久性的，它們完成一種或一組功能 - 一旦制造完成，就無(wú)法改變。 另一方面，可編程邏輯器件(PLD)是能夠?yàn)榭蛻籼峁┓秶鷱V泛的多種邏輯能力、特性、速度和電壓特性的標(biāo)準(zhǔn)成品部件 - 而且此類(lèi)器件可在任何時(shí)間改變，從而完成許多種不同的功能。對(duì)于固定邏輯器件，根據(jù)器件復(fù)雜性的不同，從設(shè)計(jì)、原型到最終生產(chǎn)所需要的時(shí)間可從數(shù)月至一年多不等。 而且，如果器件工作不合適，或者如果應(yīng)用要求發(fā)生了變化，那么就必須開(kāi)發(fā)全新的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)和驗(yàn)證固定邏輯的前期工作需要大量的“非重發(fā)性工程成本”，或NRE。 NRE表示在固定邏輯器件最終從芯片制造廠制造出來(lái)以前客戶需要投入的所有成本，這些成本包括工程資源、昂貴的軟件設(shè)計(jì)工具、用來(lái)制造芯片不同金屬層的昂貴光刻掩模組，以及初始原型器件的生產(chǎn)成本。 這些NRE成本可能從數(shù)十萬(wàn)美元至數(shù)百萬(wàn)美元。對(duì)于可編程邏輯器件，設(shè)計(jì)人員可利用價(jià)格低廉的軟件工具快速開(kāi)發(fā)、仿真和測(cè)試其設(shè)計(jì)。 然后，可快速將設(shè)計(jì)編程到器件中，并立即在實(shí)際運(yùn)行的電路中對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試。 原型中使用的PLD器件與正式生產(chǎn)最終設(shè)備(如網(wǎng)絡(luò)路由器、ADSL調(diào)制解調(diào)器、DVD播放器、或汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng))時(shí)所使用的PLD完全相同。 這樣就沒(méi)有了NRE成本，最終的設(shè)計(jì)也比采用定制固定邏輯器件時(shí)完成得更快。采用PLD的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是在設(shè)計(jì)階段中客戶可根據(jù)需要修改電路，直到對(duì)設(shè)計(jì)工作感到滿意為止。 這是因?yàn)镻LD基于可重寫(xiě)的存儲(chǔ)器技術(shù)--要改變?cè)O(shè)計(jì)，只需要簡(jiǎn)單地對(duì)器件進(jìn)行重新編程。 一旦設(shè)計(jì)完成，客戶可立即投入生產(chǎn)，只需要利用最終軟件設(shè)計(jì)文件簡(jiǎn)單地編程所需要數(shù)量的PLD就可以了。可編程邏輯器件的兩種主要類(lèi)型是現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)和復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)。 在這兩類(lèi)可編程邏輯器件中，F(xiàn)PGA提供了最高的邏輯密度、最豐富的特性和最高的性能。 最新的FPGA器件，如Xilinx Virtex系列中的部分器件，可提供八百萬(wàn)"系統(tǒng)門(mén)"(相對(duì)邏輯密度)。 這些先進(jìn)的器件還提供諸如內(nèi)建的硬連線處理器(如IBM Power PC)、大容量存儲(chǔ)器、時(shí)鐘管理系統(tǒng)等特性，并支持多種最新的超快速器件至器件(device-to-device)信號(hào)技術(shù)。 FPGA被應(yīng)用于范圍廣泛的應(yīng)用中，從數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)，以及到儀器儀表、電信和數(shù)字信號(hào)處理等。與此相比，PLD提供的邏輯資源少得多 - 最高約1萬(wàn)門(mén)。 但是，PLD提供了非常好的可預(yù)測(cè)性，因此對(duì)于關(guān)鍵的控制應(yīng)用非常理想。 而且如Xilinx CoolRunner系列PLD器件需要的功耗極低。