PDF《FPGA CPLD 结构分析》

3 国家 九五 重点科技攻关项目资助课题(96―738―01―09―0) 收稿日期: 1998―03―02 定稿日期: 1998―05―03 第28 卷第

5 期1998年10月微电子学Microelectronics Vo l128, №

5 O ct11998 FPGA CPLD 结构分析3 黄志军 张鹏童家榕 (复旦大学电子工程系 CAD 室, 上海, 200433) 摘要对FPGA 和CPLD 进行了比较, 并分别对 FPGA CPLD 的基本逻辑单元、 连线资源和整体结构进行了分析, 最后, 总结了 FPGA CPLD 的发展方向, 并提出了 发展适合实现M CU 的专用 FPGA 结构和相应 CAD 工具的想法.

关键词 模拟集成电路 芯片结构 FPGA CPLD 中图法分类号 TN

43112 An Analysis on FPGA CPLD Architectures HUAN G Zhi2 Jun, ZHAN G Peng, TON G J ia2 Rong CA D L ab . , D ep t . E lectro. E ng ineer. , Fudan U niversity , S hanghai

200433 Abstract A study on field p rogramm able gate arrays and comp lex p rogramm able logic devices (FPGA CPLD ) is m ade. The architecture of FPGA is compared w ith that of CPLD. The logic module, interconnect resources and overall architectures of FPGA CPLD are analyzed. F inally, de2 velop ing trend fo r FPGA CPLD '

s is summ arized. A concep tion to develop an FPGA architecture specific fo r m icro contro ller units(M CU ) and the associated CAD too ls is also p resented. Keywords A nalog IC, Hardw are architecture, FPGA , CPLD EEACC

1285 1 引言现场可编程门阵列 (FPGA ) 和复杂可编 程逻辑器件(CPLD ) 都是80年代中期出现的 可编程逻辑器件, 它们结合了 PLD 的可编程 性和M PGA 的通用连线结构, 使得可编程器 件具有较高的逻辑密度. 现在的电子行业竞 争异常激烈, 在最短时间内以较低开发成本 推出新产品, 迅速进入市场是至关重要的. FPGA CPLD 的出现, 就非常适合这种需 要. 和存储器一样, FPGA CPLD 由于内部 结构的阵列化, 其发展紧随工艺水平的发展, 非常迅速. 1996年, 其市场已经增长到十几亿 美元[1 ] ;

同时, 在国际学术界也兴起了研究热 潮, 进一步推动了 FPGA CPLD 的迅猛发 展. 本文将集中介绍 FPGA CPLD 硬件结构 研究的现状以及 FPGA 的发展方向, 并提出 关于发展适合实现M CU 的专用 FPGA 结构 的想法.

2 FPGA 和CPLD 的比较 CPLD 是在PLD 器件的基础上发展起 ? 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net

346 黄志军等: FPGA CPLD 结构分析 1998年 来的, 以与或阵列为特征. A ltera 公司于80年 代中期将 EPROM 和更大规模的 PLD 相结 合, 构成了它称之为 EPLD (Erasable PLD ) 的CPLD 产品. 图1示意了 A ltera 的CPLD 产品M A X9000的结构, 由与平面和一组宏 单元组成逻辑阵列块, 通过行列长线实现互 连. FPGA 首先由 X ilinx 公司于1984 年提 出, 其目标是将L S I VL S I 门阵列技术的高 逻辑密度和通用性与用户现场可编程器件的 设计灵活、 上市快捷及产品的有效性结合起 来. 除了 X ilinx 公司基于查询表 (Look2up Table, LU T ) 的FPGA 结构以外, 还有基于 多路选择器(M ultip lexer,M U X) 和基于组合 门 (如 NAND 2) 等多种形式的 FPGA. 一种 经典的对称 FPGA 结构示意图见图2, 逻辑 模块L 按二维阵列放置, 通过连通模块 C 和 开关模块 S 实现线段互连. 图1 CPLD 结构图 图2 对称式 FPGA 经典结构图 虽然有一些学者[1 ] 将采用长线互连结构 的可编程器件称为 CPLD , 采用分段互连结 构的可编程器件称为 FPGA , 但是我们认为 这种分类缺乏说服力. CPLD 的字面意义就 是复杂 PLD , 而PLD 的特征就是与或阵列;