可編程邏輯器件的分類及特點(diǎn)
出處:awey 發(fā)布于:2008-12-06 14:39:05
根據(jù)PLD器件的與陣列和或陣列的編程情況及輸出形式,可編程邏輯器件通??煞譃?類。類是與陣 列固定、或陣列可編程的PLD器件,這類PLD器件以可編程只讀存儲(chǔ)器PROM為代表。可編程只讀存儲(chǔ)器PROM 是組合邏輯陣列,它包含一個(gè)固定的與陣列和一個(gè)可編程的或陣列,PROM中的與陣列是全譯碼形式,它產(chǎn) 生而個(gè)輸入變量的所有項(xiàng)。PROM的每個(gè)輸出端通過或陣列將這些項(xiàng)有選擇地進(jìn)行或運(yùn)算,即可實(shí) 現(xiàn)任何組合邏輯函數(shù)。由于與陣列能夠產(chǎn)生輸人變量的全部項(xiàng),所以用PROM實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)不需要 進(jìn)行邏輯化簡(jiǎn)。但隨著輸人變量數(shù)的增加,與陣列的規(guī)模會(huì)迅速增大,其價(jià)格也隨之大大提高。而且與陣 列越大,譯碼開關(guān)時(shí)間就越長(zhǎng),相應(yīng)的工作速度也越慢。因此,實(shí)際上只有規(guī)模較小的PROM可以有效地實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù),而大規(guī)模的PROM價(jià)格高,工作速度低,一般只作為存儲(chǔ)器使用。
第二類是與陣列和或陣列均可編程的PLD器件,以可編程邏輯陣列PLA為代表。PLA和PROM一樣也是組合型邏輯陣列,與PROM不同的是,它的兩個(gè)邏輯陣列均可編程。PLA的與陣列不是全譯碼形式,它可以通過編程控制只產(chǎn)生函數(shù)簡(jiǎn)與或式中所需要的與項(xiàng)。因此,PLA器件的與陣列規(guī)模減小,集成度相對(duì)提高。
但是,由于PLA只產(chǎn)生函數(shù)簡(jiǎn)與或式中所需要的與項(xiàng),因此PLA在編程前必須先進(jìn)行函數(shù)化簡(jiǎn)。另外,PLA器件需要對(duì)兩個(gè)陣列進(jìn)行編程,編程難度較大。而且PLA器件的開發(fā)工具應(yīng)用不廣泛,編程一般由生產(chǎn)廠家完成。
第三類是以可編程陣列邏輯PAL為代表的與陣列可編程、或陣列固定的PLD器件。這類器件的每個(gè)輸出端是若干個(gè)乘積項(xiàng)之或,其中乘積項(xiàng)的數(shù)目固定。通常PAL的乘積項(xiàng)數(shù)允許達(dá)到8個(gè),而一般邏輯函數(shù)的簡(jiǎn)與或式中僅需要完成3~4個(gè)乘積項(xiàng)或運(yùn)算。因此,PAL的這種陣列結(jié)構(gòu)很容易滿足大多數(shù)邏輯函數(shù)的設(shè)計(jì)要求。
PAL有幾種固定的輸出結(jié)構(gòu),如專用輸出結(jié)構(gòu)、可編程I/O結(jié)構(gòu)、帶反饋的寄存器輸出結(jié)構(gòu)及異或型輸出結(jié)構(gòu)等。一定的輸出結(jié)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)一定類型的邏輯函數(shù),其通用性較差,這就給PAL器件的管理及應(yīng)用帶來不便。
第四類是具有可編程輸出邏輯宏單元的通用PLD器件,以通用型可編程陣列邏輯GAL器件為主要代表。GAL器件的陣列結(jié)構(gòu)與PAL相同,都是采用與陣列可編程而或陣列固定的形式。兩者的主要區(qū)別是輸出結(jié)構(gòu)不同。PAL的輸出結(jié)構(gòu)是固定的,一種結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)一種類型芯片。如果系統(tǒng)中需要幾種不同的輸出形式,就必須選擇多種芯片來實(shí)現(xiàn)。GAL器件的每個(gè)輸出端都集成有一個(gè)輸出邏輯宏單元0LMC(Out L。glC Macro Cell)。輸出邏輯宏單元是可編程的,通過編程可以決定該電路是完成組合邏輯還是時(shí)序邏輯,是否需要產(chǎn)生反饋信號(hào),并能實(shí)現(xiàn)輸出使能控制及輸出極性選擇等。因此,GAL器件通過對(duì)輸出邏輯宏單元0LMC的編程可以實(shí)現(xiàn)PAL的各種輸出結(jié)構(gòu),使芯片具有很強(qiáng)的通用性和靈活性。
把包括PLA器件、PAL器件fl GAL器件在內(nèi)的PLD器件劃分到一個(gè)簡(jiǎn)單的器件類型分組,稱之為簡(jiǎn)單可編程邏輯器件(Simple Pr。grammable Logic Devices,SPLD),SPLD器件主要的特征是:低成本和極高的引腳到引腳的速度性能。
技術(shù)的進(jìn)步帶來器件規(guī)模的高速增長(zhǎng),今天可編程器件的規(guī)模已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)SPLD的范疇。傳統(tǒng)的SPI,D規(guī)模的擴(kuò)大受到其結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重制約,這是因?yàn)镾PLD器件的結(jié)構(gòu)表明SPLD器件的可編程邏輯陣列隨著輸入信號(hào)的增加將急劇擴(kuò)大。提供基于SPLD結(jié)構(gòu)大容量器件的可行辦法是在一個(gè)芯片上集成多個(gè)可編程的互連SPLD,這種類型的PLD稱為復(fù)雜可編程邏輯器件(Complex Programmable Logic Devices,CPLD)。經(jīng)過發(fā)展CPLD器件的邏輯規(guī)模,大體上達(dá)到50個(gè)SPLD器件的規(guī)模,但也僅限于此,CPLD器件的規(guī)模很難進(jìn)一步擴(kuò)大,具有更高規(guī)模的PLD器件的實(shí)現(xiàn)需要新的技術(shù)和思路?,F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FieldProgrammable Gate Array,F(xiàn)PGA)包含海量的門陣列和互連資源,是PLD器件中能支持超大規(guī)模設(shè)計(jì)的可編程器件,包含的邏輯單元數(shù)不斷增加,這使得FPGA獲得了廣泛的應(yīng)用和快速的發(fā)展。
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