簡(jiǎn)析PLD的分類及其優(yōu)點(diǎn)

本文主要描述可編程邏輯器件的類型及其優(yōu)點(diǎn)，希望能給初學(xué)者們一點(diǎn)幫助?？删幊踢壿嬈骷挠⑽娜Q為：programmable logic device 即PLD。PLD是做為一種通用集成電路產(chǎn)生的，它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)和制作專用的集成電路芯片了。

可編程邏輯器件的兩種類型：CPLD和FPGA

可編程邏輯器件的兩種主要類型是現(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。 現(xiàn)在最新的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，CPLD提供的邏輯資源少得多 - 最高約1萬(wàn)門(mén)。 但是，CPLD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CPLD器件需要的功耗極低。

PLD的優(yōu)點(diǎn)

固定邏輯器件和可編程邏輯器件各有自己的優(yōu)點(diǎn)。 例如，固定邏輯設(shè)計(jì)經(jīng)常更適合大批量應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兛筛鼮榻?jīng)濟(jì)地大批量生產(chǎn)。 對(duì)有些需要極高性能的應(yīng)用，固定邏輯也可能是最佳的選擇。

然而，可編程邏輯器件提供了一些優(yōu)于固定邏輯器件的重要優(yōu)點(diǎn)，包括：

可編程邏輯器件不需要漫長(zhǎng)的前置時(shí)間來(lái)制造原型或正式產(chǎn)品 - 可編程邏輯器件已經(jīng)放在分銷商的貨架上并可隨時(shí)付運(yùn)。

可編程邏輯器件在設(shè)計(jì)過(guò)程中為客戶提供了更大的靈活性，因?yàn)閷?duì)于可編程邏輯器件來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)反復(fù)只需要簡(jiǎn)單地改變編程文件就可以了，而且設(shè)計(jì)改變的結(jié)果可立即在工作器件中看到。

可編程邏輯器件允許客戶在需要時(shí)僅訂購(gòu)所需要的數(shù)量，從而使客戶可控制庫(kù)存。 采用固定邏輯器件的客戶經(jīng)常會(huì)面臨需要廢棄的過(guò)量庫(kù)存，而當(dāng)對(duì)其產(chǎn)品的需求高漲時(shí)，他們又可能為器件供貨不足所苦，并且不得不面對(duì)生產(chǎn)延遲的現(xiàn)實(shí)。

可編程邏輯器件不需要客戶支付高昂的NRE成本和購(gòu)買(mǎi)昂貴的掩模組- 可編程邏輯器件供應(yīng)商在設(shè)計(jì)其可編程器件時(shí)已經(jīng)支付了這些成本，并且可通過(guò)PLD產(chǎn)品線延續(xù)多年的生命期來(lái)分?jǐn)傔@些成本。

可編程邏輯器件甚至在設(shè)備付運(yùn)到客戶那兒以后還可以重新編程。 事實(shí)上，由于有了可編程邏輯器件，一些設(shè)備制造商現(xiàn)在正在嘗試為已經(jīng)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)品增加新功能或者進(jìn)行升級(jí)。 要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，只需要通過(guò)因特網(wǎng)將新的編程文件上載到PLD就可以在系統(tǒng)中創(chuàng)建出新的硬件邏輯。

過(guò)去幾年時(shí)間里，可編程邏輯供應(yīng)商取得了巨大的技術(shù)進(jìn)步，以致現(xiàn)在可編程邏輯器件被眾多設(shè)計(jì)人員視為是邏輯解決方案的當(dāng)然之選。

能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)的重要原因之一是象Xilinx這樣的可編程邏輯器件供應(yīng)商是"無(wú)晶圓制造廠"企業(yè)，并不直接擁有芯片制造工廠，Xilinx將芯片制造工作外包給IBM Microelectronics 和 UMC這樣的主要業(yè)務(wù)就是制造芯片的合作伙伴。 這一策略使Xilinx可以集中精力設(shè)計(jì)新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、軟件工具和IP核心，同時(shí)還可以利用最先進(jìn)的半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)。 先進(jìn)的工藝技術(shù)在一系列關(guān)鍵領(lǐng)域?yàn)镻LD提供了幫助：更快的性能、集成更多功能、降低功耗和成本等。 目前Xilinx采用先進(jìn)的0.13um 低K銅金屬工藝生產(chǎn)可編程邏輯器件，這也是業(yè)界最好的工藝之一。

例如，僅僅數(shù)年前，最大規(guī)模的FPGA器件也僅僅為數(shù)萬(wàn)系統(tǒng)門(mén)，工作在40 MHz。 過(guò)去的FPGA也相對(duì)較貴，當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的FPGA器件大約要150美元。 然而，今天具有最先進(jìn)特性的FPGA可提供百萬(wàn)門(mén)的邏輯容量、工作在300 MHz，成本低至不到10美元，并且還提供了更高水平的集成特性，如處理器和存儲(chǔ)器。

同樣重要的是，PLD現(xiàn)在有越來(lái)越多的知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)核心庫(kù)的支持 - 用戶可利用這些預(yù)定義和預(yù)測(cè)試的軟件模塊在PLD內(nèi)迅速實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。 IP核心包括從復(fù)雜數(shù)字信號(hào)處理算法和存儲(chǔ)器控制器直到總線接口和成熟的軟件微處理器在內(nèi)的一切。 此類IP核心為客戶節(jié)約了大量時(shí)間和費(fèi)用 - 否則，用戶可能需要數(shù)月的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)這些功能，而且還會(huì)進(jìn)一步延遲產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間。