可編程邏輯器件的發(fā)展論文

可編程邏輯器件的發(fā)展可編程邏輯器件的發(fā)展姓名：李雪珍（班級(jí)：電子1501學(xué)號(hào)：1151230119日期：2019-09-05）什么是可編程邏輯器件？可編程邏輯器件：英文全稱(chēng)為:programmablelogicdevice即PLD。PLD是做為一種通用集成電路產(chǎn)生的，他的邏輯功能按照用戶(hù)對(duì)器件編程來(lái)確定。一般的PLD的集成度很高，足以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)一般的數(shù)字系統(tǒng)的需要。這樣就可以由設(shè)計(jì)人員自行編程而把一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)"集成"在一片PLD上，而不必去請(qǐng)芯片制造廠(chǎng)商設(shè)計(jì)和制作專(zhuān)用的集成電路芯片了。可編程邏輯器件(PLD)是能夠?yàn)榭蛻?hù)提供范圍廣泛的多種邏輯能力、特性、速度和電壓特性的標(biāo)準(zhǔn)成品部件-而且此類(lèi)器件可在任何時(shí)間改變，從而完成許多種不同的功能。?PLD的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是在設(shè)計(jì)階段中客戶(hù)可根據(jù)需要修改電路，直到對(duì)設(shè)計(jì)工作感到滿(mǎn)意為止。這是因?yàn)镻LD基于可重寫(xiě)的存儲(chǔ)器技術(shù)--要改變?cè)O(shè)計(jì)，只需要簡(jiǎn)單地對(duì)器件進(jìn)行重新編程。一旦設(shè)計(jì)完成，客戶(hù)可立即投入生產(chǎn)，只需要利用最終軟件設(shè)計(jì)文件簡(jiǎn)單地編程所需要數(shù)量的PLD就可以了。典型的PLD由一個(gè)“與”門(mén)和一個(gè)“或”門(mén)陣列組成，而任意一個(gè)組合邏輯都可以用“與一或”表達(dá)式來(lái)描述，所以，PLD能以乘積和的形式完成大量的組合邏輯功能?？删幊踢壿嬈骷膬?yōu)點(diǎn)PLD不需要漫長(zhǎng)的前置時(shí)間來(lái)制造原型或正式產(chǎn)品-PLD器件已經(jīng)放在分銷(xiāo)商的貨架上并可隨時(shí)付運(yùn)。PLD不需要客戶(hù)支付高昂的NRE成本和購(gòu)買(mǎi)昂貴的掩模組-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(xiàn)延續(xù)多年的生命期來(lái)分?jǐn)傔@些成本。PLD允許客戶(hù)在需要時(shí)僅訂購(gòu)所需要的數(shù)量，從而使客戶(hù)可控制庫(kù)存。采用固定邏輯器件的客戶(hù)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)，他們又可能為器件供貨不足所苦，并且不得不面對(duì)生產(chǎn)延遲的現(xiàn)實(shí)。PLD甚至在設(shè)備付運(yùn)到客戶(hù)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)備制造商至今正在嘗試為已經(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?？删幊踢壿嬈骷陌l(fā)展歷史20世紀(jì)70年代PROM（只讀存儲(chǔ)器）(ProgrammableReadonlyMemory)：早期的可編程邏輯器件只有可編程只讀存貯器(PROM)、紫外線(xiàn)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(jié)構(gòu)的限制，它們只能完成簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯功能。每個(gè)集成電路芯片具有特定的邏輯功能，使用方法簡(jiǎn)單，但不足之處是器件功能靈活性差，對(duì)于較大的數(shù)字系統(tǒng)，往往需要幾十甚至幾百個(gè)集成電路芯片，這對(duì)于減少數(shù)字系統(tǒng)的體積、降低功耗不利。因此，標(biāo)準(zhǔn)化的通用數(shù)字集成電路器件難于滿(mǎn)足整機(jī)用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)成本、可靠性、保密性及提高產(chǎn)品的性能價(jià)格比的要求PLA（可編程邏輯陣列器件）

(ProgrammableArrayLogic)：PLA由一個(gè)可編程的“與”平面和一個(gè)固定的“或”平面構(gòu)成，或門(mén)的輸出可以通過(guò)觸發(fā)器有選擇地被置為寄存狀態(tài)。PLA器件是現(xiàn)場(chǎng)可編程的，它的實(shí)現(xiàn)工藝有反熔絲技術(shù)、EPROM技術(shù)和EEPROM技術(shù)。PLA器件的特點(diǎn)是其與陣列和或陣列均可編程，輸出電路固定。雖然PLA器件使用比標(biāo)準(zhǔn)器件要靈活得多，但門(mén)的利用率不夠高，且缺少高質(zhì)量的支持軟件和編程工具，因而沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。PAL（可編程陣列邏輯器件）

(GenericArrayLogic)：它也由一個(gè)“與”平面和一個(gè)“或”平面構(gòu)成，但是這兩個(gè)平面的連接關(guān)系是可編程的。PAL器件既有現(xiàn)場(chǎng)可編程的,也有掩膜可編程的。在PLA器件基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的PAL器件，其特點(diǎn)是與陣列可編程、或陣列固定，輸出電路固定，輸出電路有組合輸出方式，也有寄存器輸出方式。PAL器件與標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件相比較，它具有較高的集成度，節(jié)省了電路板的空間，通常一片PAL器件可代替4～12片SSI或者2～4片MSI；提高了工作速度和設(shè)計(jì)的靈活性；有加密功能，可防止非法復(fù)制；使用方便。但其固定的輸出結(jié)構(gòu)降低了編程的靈活性，雙極性熔絲工藝一旦編程以后不能修改。80年代GAL（通用陣列邏輯(GenericArrayLogic)）：在PAL的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了一種通用陣列邏輯GAL(GenericArrayLogic)，如GAL16V8,GAL22V10等。它采用了EEPROM工藝，實(shí)現(xiàn)了電可按除、電可改寫(xiě)，其輸出結(jié)構(gòu)是可編程的邏輯宏單元，因而它的設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的靈活性，至今仍有許多人使用。為了提高輸出電路結(jié)構(gòu)的靈活性及可多次編程修改，GAL(GenericArrayLogic)器件與PAL的最大區(qū)別在于將原來(lái)的固定輸出結(jié)構(gòu)變?yōu)榭删幊痰妮敵鲞壿嫼陠卧?OutputLogicMacroCell，OLMC)。通過(guò)對(duì)OLMC的編程，可方便地實(shí)現(xiàn)組合邏輯電路輸出或者寄存器輸出結(jié)構(gòu)，且這類(lèi)器件采用電擦除CMOS工藝，通?？刹脸龓装俅紊踔辽锨Т巍Ｕ怯捎贕AL器件的通用性和能重復(fù)擦寫(xiě)等突出優(yōu)點(diǎn)，在20世紀(jì)90年代得到了廣泛的應(yīng)用。但GAL器件在集成度上仍與PAL器件類(lèi)似，它無(wú)法滿(mǎn)足較大數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。這些早期的PLD器件的一個(gè)共同特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)速度特性較好的邏輯功能，但其過(guò)于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)也使它們只能實(shí)現(xiàn)規(guī)模較小的電路。FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）(FieldProgrammableGateArray)：現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA的電路結(jié)構(gòu)與CPLD完全不同，它內(nèi)部單元主要有可編程的邏輯塊(CLB)、可編程的輸入輸出單元(IOB)及可編程的互聯(lián)資源(IR)。重復(fù)可編程的FPGA采用SRAM編程技術(shù)，其邏輯塊采用查找表(LUTLook-UpTable)方式產(chǎn)生所要求的邏輯函數(shù)。由此帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是其無(wú)限次可重復(fù)快速編程能力和在系統(tǒng)可重復(fù)編程能力，但基于SRAM的器件是易失性的，因此上電后，要求重新配置。CPLD（可擦除的可編程邏輯器件）(EraseProgrammableLogicDevice)：復(fù)雜的可編程邏輯器件CPLD，其器件內(nèi)部包含可編程的邏輯宏單元、可編程的I/O單元及可編程的內(nèi)