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當今社會是數字化的社會，是數字集成電路廣泛應用的社會。數字集成電路本身在不斷地進行更新換代。它由早期的電子管、晶體管、小中規模集成電路、發展到超大規模集成電路(VLSIC，幾萬門以上)以及許多具有特定功能的專用集成電路。但是，隨著微電子技術的發展，設計與制造集成電路的任務已不完全由半導體廠商來獨立承擔。系統設計師們更愿意自己設計專用集成電路(ASIC)芯片，而且希望ASIC的設計周期盡可能短，最好是在實驗室里就能設計出合適的ASIC芯片，并且立即投入實際應用之中，因而出現了現場可編程邏輯器件(FPLD)，其中應用最廣泛的當屬現場可編程門陣列(FPGA)和復雜可編程邏輯器件(CPLD)。 早期的可編程邏輯器件只有可編程只讀存貯器(PROM)、紫外線可按除只讀存貯器(EPROM)和電可擦除只讀存貯器(EEPROM)三種。由于結構的限制，它們只能完成簡單的數字邏輯功能。 其后，出現了一類結構上稍復雜的可編程芯片，即可編程邏輯器件(PLD)，它能夠完成各種數字邏輯功能。典型的PLD由一個“與”門和一個“或”門陣列組成，而任意一個組合邏輯都可以用“與一或”表達式來描述，所以， PLD能以乘積和的形式完成大量的組合邏輯功能。 這一階段的產品主要有PAL(可編程陣列邏輯)和GAL(通用陣列邏輯)。 PAL由一個可編程的“與”平面和一個固定的“或”平面構成，或門的輸．出可以通過觸發器有選擇地被置為寄存狀態。 PAL器件是現場可編程的，它的實現工藝有反熔絲技術、EPROM技術和EEPROM技術。還有一類結構更為靈活的邏輯器件是可編程邏輯陣列(PLA)，它也由一個“與”平面和一個“或”平面構成，但是這兩個平面的連接關系是可編程的。 PLA器件既有現場可編程的，也有掩膜可編程的。 在PAL的基礎上，又發展了一種通用陣列邏輯GAL (Generic Array Logic)，如GAL16V8,GAL22V10 等。它采用了EEPROM工藝，實現了電可按除、電可改寫，其輸出結構是可編程的邏輯宏單元，因而它的設計具有很強的靈活性，至今仍有許多人使用。 這些早期的PLD器件的一個共同特點是可以實現速度特性較好的邏輯功能，但其過于簡單的結構也使它們只能實現規模較小的電路。 典型的PLD的部分結構（實現組合邏輯的部分） 為了彌補這一缺陷，20世紀80年代中期。 Altera和Xilinx分別推出了類似于PAL結構的擴展型 CPLD(Complex Programmab1e Logic Dvice)和與標準門陣列類似的FPGA(Field Programmable Gate Array)，它們都具有體系結構和邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍寬等特點。 這兩種器件兼容了PLD和通用門陣列的優點，可實現較大規模的電路，編程也很靈活。與門陣列等其它ASIC(Application Specific IC)相比，它們又具有設計開發周期短、設計制造成本低、開發工具先進、標準產品無需測試、質量穩定以及可實時在線檢驗等優點，因此被廣泛應用于產品的原型設計和產品生產(一般在10,000件以下)之中。幾乎所有應用門陣列、PLD和中小規模通用數字集成電路的場合均可應用FPGA和CPLD器件。 （注：不同廠家的叫法不盡相同，Xilinx把，基于查找表技術，SRAM工藝，要外掛配置用的EEPROM的PLD叫FPGA；把基于乘積項技術，Flash（類似EEPROM工藝）工藝的PLD叫CPLD; Altera 把自己的PLD產品:MAX系列（乘積項技術，EEPROM工藝）,FLEX系列（查找表技術，SRAM工藝）都叫作CPLD,即復雜PLD(Complex PLD),由于FLEX系列也是SRAM工藝,基于查找表技術，要外掛配置用的EPROM,用法和Xilinx的FPGA一樣，所以很多人把Altera的FELX系列產品也叫做FPGA.） 8寸硅晶片，每一個小方格經過切割，封裝后就是一片芯片 FPGA／CPLD 概述 FPGA(現場可編程門陣列)與 CPLD(復雜可編程邏輯器件)都是可編程邏輯器件，它們是在PAL,GAL等邏輯器件的基礎之上發展起來的。同以往的PAL,GAL等相比較，FPGA／CPLD的規模比較大，它可以替代幾十甚至幾千塊通用IC芯片。這樣的FPGA／CPLD實際上就是一個子系統部件。這種芯片受到世界范圍內電子工程設計人員的廣泛關注和普遍歡迎。經過了十幾年的發展，許多公司都開發出了多種可編程邏輯器件。比較典型的就是Xilinx公司的FPGA器件系列和Altera公司的CPLD器件系列，它們開發較早，占用了較大的PLD市場。通常來說，在歐洲用Xilinx的人多，在日本和亞太地區用ALTERA的人多，在美國則是平分秋色。全球PLD/FPGA產品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以講Altera和Xilinx共同決定了PLD技術的發展方向。當然還有許多其它類型器件，如：Lattice，Vantis，Actel，Quicklogic，Lucent等。 1998年世界十大PLD公司 盡管FPGA,CPLD和其它類型PLD的結構各有其特點和長處，但概括起來，它們是由三大部分組成的： ·一個二維的邏輯塊陣列，構成了PLD器件的邏輯組成核心。·輸入／輸出塊：·連接邏輯塊的互連資源。連線資源：由各種長度的連線線段組成，其中也有一些可編程的連接開關，它們用于邏輯塊之間、邏輯塊與輸入／輸出塊之間的連接。 典型的PLD的框圖 蘭色：邏輯單元紅色：連線資源黃色：輸入輸出塊對用戶而言，CPLD與FPGA的內部結構稍有不同，但用法一樣，所以多數情況下，不加以區分。 FPGA／CPLD芯片都是特殊的ASIC芯片，它們除了具有ASIC的特點之外，還具有以下幾個優點： ·隨著VlSI(Very Large Scale IC，超大規模集成電路)工藝的不斷提高單一芯片內部可以容納上百萬個晶體管， FPGA／CPLD芯片的規模也越來越大，其單片邏輯門數已達到上百萬門，它所能實現的功能也越來越強，同時也可以實現系統集成。 ·FPGA／CPLD芯片在出廠之前都做過百分之百的測試，不需要設計人員承擔投片風險和費用，設計人員只需在自己的實驗室里就可以通過相關的軟硬件環境來完成芯片的最終功能設計。所以， FPGA／CPLD的資金投入小，節省了許多潛在的花費。 ·用戶可以反復地編程、擦除、使用或者在外圍電路不動的情況下用不同軟件就可實現不同的功能。所以，用FPGA／PLD 試制樣片，能以最快的速度占領市場。 FPGA／CPLD軟件包中有各種輸入工具和仿真工具，及版圖設計工具和編程器等全線產品，電路設計人員在很短的時間內就可完成電路的輸入、編譯、優化、仿真，直至最后芯片的制作。 當電路有少量改動時，更能顯示出FPGA／CPLD的優勢。電路設計人員使用FPGA／CPLD進行電路設計時，不需要具備專門的IC(集成電路)深層次的知識， FPGA／CPLD軟件易學易用，可以使設計人員更能集中精力進行電路設計，快速將產品推向市場。 |
