CPLD

簡介

 CPLD主要是由可編程邏輯宏單元(MC，Macro Cell)圍繞中心的可編程互連矩陣單元組成。其中MC結構較復雜，并具有復雜的I/O單元互連結構，可由用戶根據需要生成特定的電路結構，完成一定的功能。由于CPLD內部采用固定長度的金屬線進行各邏輯塊的互連，所以設計的邏輯電路具有時間可預測性，避免了分段式互連結構時序不完全預測的缺點。發(fā)展歷史及應用領域：20世紀70年代，最早的可編程邏輯器件--PLD誕生了。其輸出結構是可編程的邏輯宏單元，因為它的硬件結構設計可由軟件完成（相當于房子蓋好后人工設計局部室內結構），因而它的設計比純硬件的數字電路具有很強的靈活性，但其過于簡單的結構也使它們只能實現規(guī)模較小的電路。為彌補PLD只能設計小規(guī)模電路這一缺陷，20世紀80年代中期，推出了復雜可編程邏輯器件--CPLD。目前應用已深入網絡、儀器儀表、汽車電子、數控機床、航天測控設備等方面。器件特點：它具有編程靈活、集成度高、設計開發(fā)周期短、適用范圍寬、開發(fā)工具先進、設計制造成本低、對設計者的硬件經驗要求低、標準產品無需測試、保密性強、價格大眾化等特點，可實現較大規(guī)模的電路設計，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。幾乎所有應用中小規(guī)模通用數字集成電路的場合均可應用CPLD器件。CPLD器件已成為電子產品不可缺少的組成部分，它的設計和應用成為電子工程師必備的一種技能。如何使用： CPLD是一種用戶根據各自需要而自行構造邏輯功能的數字集成電路。其基本設計方法是借助集成開發(fā)軟件平臺，用原理圖、硬件描述語言等方法，生成相應的目標文件，通過下載電纜（“在系統(tǒng)”編程）將代碼傳送到目標芯片中，實現設計的數字系統(tǒng)。這里以搶答器為例講一下它的設計（裝修）過程，即芯片的設計流程。CPLD的工作大部分是在電腦上完成的。打開集成開發(fā)軟件(Altera公司 Max+pluxII)→畫原理圖、寫硬件描述語言（VHDL，Verilog）→編譯→給出邏輯電路的輸入激勵信號，進行仿真，查看邏輯輸出結果是否正確→進行管腳輸入、輸出鎖定（7128的64個輸入、輸出管腳可根據需要設定）→生成代碼→通過下載電纜將代碼傳送并存儲在CPLD芯片中。7128這塊芯片各管腳已引出，將數碼管、搶答開關、指示燈、蜂鳴器通過導線分別接到芯片板上，通電測試，當搶答開關按下，對應位的指示燈應當亮，答對以后，裁判給加分后，看此時數碼顯示加分結果是否正確，如發(fā)現有問題，可重新修改原理圖或硬件描述語言，完善設計。設計好后，如批量生產，可直接復制其他CPLD芯片，即寫入代碼即可。如果要對芯片進行其它設計，比如進行交通燈設計，要重新畫原理圖、或寫硬件描述語言，重復以上工作過程，完成設計。這種修改設計相當于將房屋進行了重新裝修，這種裝修對CPLD來說可進行上萬次。家庭成員：經過幾十年的發(fā)展，許多公司都開發(fā)出了CPLD可編程邏輯器件。比較典型的就是Altera、Lattice、Xilinx世界三大權威公司的產品，這里給出常用芯片： Altera EPM7128S　(PLCC84) 　　Lattice LC4128V　(TQFP100) 　　Xilinx XC95108 (PLCC84)

FPGA與CPLD的辨別和分類

FPGA與CPLD的辨別和分類主要是根據其結構特點和工作原理。通常的分類方法是： 將以乘積項結構方式構成邏輯行為的器件稱為CPLD，如Lattice的ispLSI系列、Xilinx的XC9500系列、Altera的MAX7000S系列和Lattice(原Vantis)的Mach系列等。將以查表法結構方式構成邏輯行為的器件稱為FPGA，如Xilinx的SPARTAN系列、Altera的FLEX10K或ACEX1K系列等。盡管FPGA和CPLD都是可編程ASIC器件,有很多共同特點,但由于CPLD和FPGA結構上的差異,具有各自的特點: ①CPLD更適合完成各種算法和組合邏輯,FP GA更適合于完成時序邏輯。換句話說,FPGA更適合于觸發(fā)器豐富的結構,而CPLD更適合于觸發(fā)器有限而乘積項豐富的結構。②CPLD的連續(xù)式布線結構決定了它的時序延遲是均勻的和可預測的,而FPGA的分段式布線結構決定了其延遲的不可預測性。③在編程上FPGA比CPLD具有更大的靈活性。CPLD通過修改具有固定內連電路的邏輯功能來編程,FPGA主要通過改變內部連線的布線來編程;FP GA可在邏輯門下編程,而CPLD是在邏輯塊下編程。④FPGA的集成度比CPLD高,具有更復雜的布線結構和邏輯實現。⑤CPLD比FPGA使用起來更方便。CPLD的編程采用E2PROM或FASTFLASH技術,無需外部存儲器芯片,使用簡單。而FPGA的編程信息需存放在外部存儲器上,使用方法復雜。⑥CPLD的速度比FPGA快,并且具有較大的時間可預測性。這是由于FPGA是門級編程,并且CLB之間采用分布式互聯,而CPLD是邏輯塊級編程,并且其邏輯塊之間的互聯是集總式的。⑦在編程方式上,CPLD主要是基于E2PROM或FLASH存儲器編程,編程次數可達1萬次,優(yōu)點是系統(tǒng)斷電時編程信息也不丟失。CPLD又可分為在編程器上編程和在系統(tǒng)編程兩類。FPGA大部分是基于SRAM編程,編程信息在系統(tǒng)斷電時丟失,每次上電時,需從器件外部將編程數據重新寫入SRAM中。其優(yōu)點是可以編程任意次,可在工作中快速編程,從而實現板級和系統(tǒng)級的動態(tài)配置。⑧CPLD保密性好,FPGA保密性差。⑨一般情況下,CPLD的功耗要比FPGA大,且集成度越高越明顯。