對(duì)于固定邏輯器件,根據(jù)器件復(fù)雜性不同,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。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 NRE成本。
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。
PLD五大優(yōu)勢(shì)
固定邏輯器件和PLD各有自己的優(yōu)點(diǎn)。例如,固定邏輯器件經(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)一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:
其一 ,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PLD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。
其二,不需要漫長(zhǎng)的前導(dǎo)時(shí)間來(lái)制造原型或正式產(chǎn)品,PLD器件已經(jīng)放在分銷商的貨架上并可隨時(shí)付運(yùn)。
其三,不需要客戶支付高昂的NRE成本和購(gòu)買昂貴的掩膜組。PLD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。
其四,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),他們又可能為器件短缺所苦,并且不得不面對(duì)生產(chǎn)延遲的現(xiàn)實(shí)。
其五,PLD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。
同樣重要的是,PLD現(xiàn)在有越來(lái)越多的核心技術(shù)(IP)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 。
可編程邏輯器件的兩種類型是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(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,FPGA是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的,既解決了定制電路的不足,又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。
FPGA采用了邏輯單元陣列 LCA這樣一個(gè)新概念,內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB、輸出輸入模塊IOB和內(nèi)部連線三個(gè)部分。FPGA的基本特點(diǎn)主要有:
1)采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路,用戶不需要投片生產(chǎn),就能得到合用的芯片。
2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。
3)FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳。
4)FPGA是ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開(kāi)發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一。
5) FPGA采用高速CHMOS工藝,功耗低,可以與CMOS、TTL電平兼容。
可以說(shuō),FPGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。目前FPGA的品種很多,有XILINX的XC系列、ALTERA公司的FIEX系列以及京微雅格的CME-M系列等。
FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來(lái)設(shè)置其工作狀態(tài)的,因此,工作時(shí)需要對(duì)片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。可以根據(jù)不同的配置模式,采用不同的編程方式。加電時(shí),FPGA芯片將 EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中,配置完成后,FPGA進(jìn)入工作狀態(tài)。掉電后,FPGA恢復(fù)成白片,內(nèi)部邏輯關(guān)系消失,因此,FPGA能夠反復(fù)使用。FPGA的編程無(wú)須專用的FPGA編程器,只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當(dāng)需要修改FPGA功能時(shí),只需換一片EPROM即可。這樣,同一片FPGA,不同的編程數(shù)據(jù),可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此,FPGA的使用非常靈活。
FPGA有多種配置模式:并行主模式為一片FPGA加一片EPROM的方式;主從模式可以支持一片PROM編程多片FPGA;串行模式可以采用串行PROM編程FPGA;外設(shè)模式可以將FPGA作為微處理器的外設(shè),由微處理器對(duì)其編程。
與此同時(shí),CPLD提供的邏輯資源少得多,最高約1萬(wàn)門。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CPLD器件需要的功耗極低,并且價(jià)格低廉,從而使其對(duì)于成本敏感的、電池供電的便攜式應(yīng)用非常理想。
總結(jié):
可編程邏輯的價(jià)值在于其縮短了電子產(chǎn)品制造商的開(kāi)發(fā)周期以及幫助他們更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)的能力。高性能FPGA現(xiàn)在已開(kāi)始從采用最先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)單元技術(shù)制造的固定邏輯器件那兒贏得市場(chǎng)份額。根據(jù)半導(dǎo)體行業(yè)聯(lián)盟(SIA)提供的數(shù)據(jù),可編程邏輯現(xiàn)在是半導(dǎo)體行業(yè)中增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一,PLD的銷售增長(zhǎng)速度超過(guò)了整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的平均銷售增長(zhǎng)速度。
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