可编程逻辑器件
可编程逻辑器件（PLD）
- PLD
- 固定逻辑标准芯片曾被广泛使用，但功能单一，不能随电路设计的需求而任意改变，逐渐被可编程逻辑器件（Programmable Logic Device，PLD）取代
- PLD是一种用于实现逻辑电路的通用器件，包含多个逻辑单元，可根据需要通过编程开关连接进行编程，以构成不同功能的逻辑电路
- PLD的结构主要由与阵列和或阵列构成
- PROM
- 与阵列固定，或阵列可编程
- 任何逻辑函数转换成标准与-或表达式后，可用PROM来实现与阵列的水平线输出对应标准与-或表达式中的标准乘积项，即最小项
- PLA(可编程逻辑阵列)
- 是一种与阵列和或阵列都可以变成的逻辑阵列
- 无需像PROM一样转换为标准与或表达式，只用最简形式即可，可以节省资源
- PAL(可编程阵列逻辑)
- 与阵列可编程，或阵列固定
- GAL
- PAL的逻辑结构简单，或阵列固定，灵活性差。LATTICE公司推出了一种新型的可编程逻辑器件—GAL。
- 它与PAL最大的差别是其输出逻辑宏单元（Output Logic Macro Cell，OLMC）可以编程定义。
- OLMC设置成不同的工作状态，可适用不同的功能需求。
- GAL具有电可擦写、可重复编程和设置加密位等特点。
- 复杂可编程逻辑器件（Complex PLD，CPLD）
- 主要包括：
- 逻辑阵列块（Logic Array Block，LAB）
- I/O控制块：用于和芯片的I/O引脚互连
- 可编程互联阵列（PIA）
- 每个LAB由4～20个宏单元（Macrocell）构成。宏单元包括：
- 可编程逻辑阵列
- 乘积项选择矩阵
- 可编程寄存器：可以编程实现D、JK或钟控SR触发器等。
- 宏单元有多种配置方式，也可级联使用
- PIA用于连接所有宏单元，并与芯片时钟、复位、使能等引脚连
- CPLD集成度远高于PAL和GAL
- CPLD通常提供带片内RAM/ROM的嵌入式存储器阵列
- 现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）
- 是一种高集成度的复杂可编程逻辑器件，可通过EDA软件对其进行配置和编程，可反复擦写。
- 实现乘法器、寄存器、地址发生器等硬件电路
- 通过使用框图或者Verilog HDL来设计
- FPGA可无限地重新编程，加载一个新的设计方案只需几百毫秒
存储器阵列
- 存储器可用来存储数字电路中的数据。
- 寄存器用来存储少量数据，速度更快
- 存储器阵列用来存储大量数据，速度较寄存器慢
- 在CPLD和FPGA芯片中通常会提供片内存储器阵列
- 存储器阵列中每位数据对应一个记忆单元（cell），称为存储元
- 按功能可分为：只读存储器(Read-only Memory，ROM)和随机存取存储器(Random-access Memory, RAM)
- ROM属于非易失性存储器，即使电源断电，ROM中存储的数据也不会消失。根据工艺的不同，分为：
- 掩膜只读存储器MROM
- 一次可编程只读存储器PROM
- 光擦除可编程只读存储器EPROM
- 电擦除可编程只读存储器EEPROM（E2PROM）
- RAM属于易失性存储器, 一旦电源断电，RAM中存储的数据就消失。
- 静态RAM（Static RAM，SRAM）
- 动态RAM（Dynamic RAM，DRAM）
- ROM存储阵列根据MOS晶体管的有无来区分存储0和1 不同类型的ROM，主要区别在于MOS晶体管的特性不同
- RAM读写原理
FPGA和ASIC
- FPGA设计概述
- 现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）是一种高集成度的复杂可编程逻辑器件，可通过EDA软件对其进行配置和编程，可反复擦写。
- FPGA内部包含大量可配置逻辑块CLB，它由若干查找表（Look-Up Table，LUT）及多路选择器、进位链、触发器FF等附加逻辑组成。
- 可对CLB进行不同配置。如右图：可对MUX编程配置为输出是LUT实现的组合逻辑电路结果Y；也可配置为输出是时序逻辑电路结果Q。
- LUT本质上是一个RAM，多采用SRAM实现
- 函数发生器通过查找表LUT实现，其中的内容可编程配置
LUT存储单元中存放函数输出值，用于实现一个小规模逻辑函数
- 专用集成电路ASIC
- 专用集成电路（Application-Specific Integrated Circuit，ASIC）是一种应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。
- 全定制：设计者完成所有设计，速度更快
- 半定制：使用标准库里的标准逻辑单元（标准单元）
- FPGA和ASIC目前都是电子设计领域的主流产品。
- ASIC面向特定用户的需求，具有体积小、功耗低、可靠性高、性能高、保密性高、成本低等优点，一般用于批量大的专用产品中。
- FPGA可编程特性使其应用非常灵活，但芯片内部逻辑门的使用率大幅降低，导致功耗高、速度慢、资源冗余且价格昂贵，一般用于小批量产品设计中