PLD/FPGA新手入门知识
pld/fpga新手入门知识
pld是可编程逻辑器件（programable logic device）的简称，fpga是现场可编程门阵列（field programable gate array)的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，所以我们有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件或pld/fpga。
pld是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的影响丝毫不亚于70年代单片机的发明和使用。
pld能做什么呢？可以毫不夸张的讲，pld能完成任何数字器件的功能，上至高性能cpu,下至简单的74电路，都可以用pld来实现。pld如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。在pcb完成以后，还可以利用pld的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用pld来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少pcb面积，提高系统的可靠性。 pld的这些优点使得pld技术在90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了eda软件和硬件描述语言（hdl)的进步。
如何使用pld呢？其实pld的使用很简单，学习pld比学习单片机要简单的多，有数字电路基础，会使用计算机，就可以进行pld的开发。不熟悉pld的朋友，可以先看一看可编程逻辑器件的发展历程。
开发pld需要了解两个部分：1.pld开发软件 2.pld本身
1.pld开发软件
由于pld软件已经发展的相当完善，用户甚至可以不用详细了解pld的内部结构，也可以用自己熟悉的方法：如原理图输入或hdl语言来完成相当优秀的pld设计。所以对初学者，首先应了解pld开发软件和开发流程。了解pld的内部结构，将有助于提高我们设计的效率和可靠性。
如何获得pld开发软件软件呢? 许多pld公司都提供免费试用版或演示版(当然商业版大都是收费的），例如：可以免费从www.altera.com 上下载altera公司的 quartusii （web版），或向其代理商索取这套软件。xilinx 公司也提供免费软件：ise webpack,这套可以从xilinx网站下载。lattice 提供isplever base版下载，actel等公司也都有类似的免费软件提供。以上免费软件都需要在网上注册申请license文件，如果您对license的安装还有不清楚，请仔细阅读相关网页上的说明，也可以下载这篇文档：eda软件的license管理与安装。 通常这些免费软件已经能够满足一般设计的需要，当然，要想软件功能更强大一些，只能购买商业版软件。
如果您打算使用vhdl或verilog hdl硬件描述语言来开发pld/fpga,通常还需要使用一些专业的hdl开发软件,这是因为fpga厂商提供的软件的hdl综合能力一般都不是很强,需要其他软件来配合使用,详细情况可以通过浏览:开发软件栏目获得等多信息.
对于pld产品，一般分为：基于乘积项（product-term）技术，eeprom（或flash）工艺的中小规模pld，以及基于查找表（look-up table）技术，sram工艺的大规模pld/fpga。eeprom工艺的pld密度小，多用于5,000门以下的小规模设计，适合做复杂的组合逻辑，如译码。sram工艺的pld(fpga)，密度高，触发器多，多用于10,000门以上的大规模设计，适合做复杂的时序逻辑，如数字信号处理和各种算法。如希望进一步了解pld/fpga结构与原理，请点击此处。
目前有多家公司生产cpld/fpga，最大的三家是：altera，xilinx，lattice, 您可以参阅pld厂商栏目获得更多信息
2.pld/fpga的分类和使用
在pld/fpga开发软件中完成设计以后，软件会产生一个最终的编程文件（如 .pof ）。如何将编程文件烧到pld芯片中去呢？
1.对于基于乘积项（product-term）技术，eeprom(或flash)工艺的pld（如altera的max系列，lattice的大部分产品，xilinx的xc9500，coolrunner系列)， 厂家提供编程电缆，电缆一端装在计算机的并行打印口上，另一端接在pcb板上的一个十芯插头，pld芯片有四个管脚（编程脚）与插头相连。（如图）
下载 altera 编程电缆（byteblaster mv）的数据手册
下载 xilinx编程电缆的电路原理图
下载 lattice的电缆资料
它向系统板上的器件提供配置或编程数据，这就是所谓的在线可编程（isp，如下图）。byteblaster使用户能够独立地配置pld器件，而不需要编程器或任何其它编程硬件。编程电缆可以向代理商购买，也可以根据厂家提供的编程电缆的原理图自己制作，成本仅需一，二十元。 早期的pld是不支持isp的，它们需要用编程器烧写。目前的pld都可以用isp在线编程，也可用编程器编程。这种pld可以加密，并且很难解密，所以常常用于单板加密。
1.将pld焊在pcb板上 2.接好编程电缆 3.现场烧写pld芯片
2.对于基于查找表（lut，look-up table）技术，sram工艺的fpga（如altera的所有fpga，如acex，cyclone,stratix系列，xilinx的所有fpga，如spartan,virtex系列，lattice的ec/ecp系列等），由于sram工艺的特点，掉电后数据会消失，因此调试期间可以用下载电缆配置pld器件，调试完成后，需要将数据固化在一个专用的eeprom中（用通用编程器烧写，也有一些可以用电缆直接改写），上电时，由这片配置eeprom先对fpga加载数据，十几个毫秒到几百个毫秒后，fpga即可正常工作。(亦可由cpu配置fpga)。但sram工艺的pld一般不可以直接加密。
3.还有一种反熔丝（anti-fuse）技术的fpga，如actel，quicklogic的部分产品就采用这种工艺。但这种的pld是不能重复擦写，需要使用专用编程器，所以开发过程比较麻烦，费用也比较昂高。但反熔丝技术也有许多优点：布线能力更强，系统速度更快，功耗更低，同时抗辐射能力强，耐高低温，可以加密，所以在一些有特殊要求的领域中运用较多，如军事及航空航天。 为了解决反熔丝fpga不可重复擦写的问题，actel等公司在90年代中后期开发了基于flash技术的fpga，如proasic系列，这种fpga不需要配置，数据直接保存在fpga芯片中，用户可以改写（但需要10几伏的高电压）。
随着技术的发展，在2004年以后，一些厂家推出了一些新的pld和fpga，这些产品模糊了pld和fpga的区别。例如altera最新的maxii系列pld，这是一种基于fpga（lut）结构，集成配置芯片的pld，在本质上它就是一种在内部集成了配置芯片的fpga，但由于配置时间极短，上电就可以工作，所以对用户来说，感觉不到配置过程，可以传统的pld一样使用，加上容量和传统pld类似，所以altera把它归作pld。 还有像lattice的xp系列fpga，也是使用了同样的原理，将外部配置芯片集成到内部,在使用方法上和pld类似，但是因为容量大，性能和传统fpga相同，也是lut架构，所以lattice仍把它归为fpga。
怎么样？对pld/fpga的使用有了一定的了解了吧，如有疑问，可在本站论坛：新手入门栏目上提出上提出，大家一起讨论。
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pld是可编程逻辑器件（programable logic device）的简称，fpga是现场可编程门阵列（field programable gate array)的简称，两者的功能基本相同，只是实现原理略有不同，所以我们有时可以忽略这两者的区别，统称为可编程逻辑器件或pld/fpga。
pld是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的影响丝毫不亚于70年代单片机的发明和使用。
pld能做什么呢？可以毫不夸张的讲，pld能完成任何数字器件的功能，上至高性能cpu,下至简单的74电路，都可以用pld来实现。pld如同一张白纸或是一堆积木，工程师可以通过传统的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。通过软件仿真，我们可以事先验证设计的正确性。在pcb完成以后，还可以利用pld的在线修改能力，随时修改设计而不必改动硬件电路。使用pld来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少pcb面积，提高系统的可靠性。 pld的这些优点使得pld技术在90年代以后得到飞速的发展，同时也大大推动了eda软件和硬件描述语言（hdl)的进步。
如何使用pld呢？其实pld的使用很简单，学习pld比学习单片机要简单的多，有数字电路基础，会使用计算机，就可以进行pld的开发。不熟悉pld的朋友，可以先看一看可编程逻辑器件的发展历程。
开发pld需要了解两个部分：1.pld开发软件 2.pld本身
1.pld开发软件
由于pld软件已经发展的相当完善，用户甚至可以不用详细了解pld的内部结构，也可以用自己熟悉的方法：如原理图输入或hdl语言来完成相当优秀的pld设计。所以对初学者，首先应了解pld开发软件和开发流程。了解pld的内部结构，将有助于提高我们设计的效率和可靠性。
如何获得pld开发软件软件呢? 许多pld公司都提供免费试用版或演示版(当然商业版大都是收费的），例如：可以免费从www.altera.com 上下载altera公司的 quartusii （web版），或向其代理商索取这套软件。xilinx 公司也提供免费软件：ise webpack,这套可以从xilinx网站下载。lattice 提供isplever base版下载，actel等公司也都有类似的免费软件提供。以上免费软件都需要在网上注册申请license文件，如果您对license的安装还有不清楚，请仔细阅读相关网页上的说明，也可以下载这篇文档：eda软件的license管理与安装。 通常这些免费软件已经能够满足一般设计的需要，当然，要想软件功能更强大一些，只能购买商业版软件。
如果您打算使用vhdl或verilog hdl硬件描述语言来开发pld/fpga,通常还需要使用一些专业的hdl开发软件,这是因为fpga厂商提供的软件的hdl综合能力一般都不是很强,需要其他软件来配合使用,详细情况可以通过浏览:开发软件栏目获得等多信息.
对于pld产品，一般分为：基于乘积项（product-term）技术，eeprom（或flash）工艺的中小规模pld，以及基于查找表（look-up table）技术，sram工艺的大规模pld/fpga。eeprom工艺的pld密度小，多用于5,000门以下的小规模设计，适合做复杂的组合逻辑，如译码。sram工艺的pld(fpga)，密度高，触发器多，多用于10,000门以上的大规模设计，适合做复杂的时序逻辑，如数字信号处理和各种算法。如希望进一步了解pld/fpga结构与原理，请点击此处。
目前有多家公司生产cpld/fpga，最大的三家是：altera，xilinx，lattice, 您可以参阅pld厂商栏目获得更多信息
2.pld/fpga的分类和使用
在pld/fpga开发软件中完成设计以后，软件会产生一个最终的编程文件（如 .pof ）。如何将编程文件烧到pld芯片中去呢？
1.对于基于乘积项（product-term）技术，eeprom(或flash)工艺的pld（如altera的max系列，lattice的大部分产品，xilinx的xc9500，coolrunner系列)， 厂家提供编程电缆，电缆一端装在计算机的并行打印口上，另一端接在pcb板上的一个十芯插头，pld芯片有四个管脚（编程脚）与插头相连。（如图）
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3.还有一种反熔丝（anti-fuse）技术的fpga，如actel，quicklogic的部分产品就采用这种工艺。但这种的pld是不能重复擦写，需要使用专用编程器，所以开发过程比较麻烦，费用也比较昂高。但反熔丝技术也有许多优点：布线能力更强，系统速度更快，功耗更低，同时抗辐射能力强，耐高低温，可以加密，所以在一些有特殊要求的领域中运用较多，如军事及航空航天。 为了解决反熔丝fpga不可重复擦写的问题，actel等公司在90年代中后期开发了基于flash技术的fpga，如proasic系列，这种fpga不需要配置，数据直接保存在fpga芯片中，用户可以改写（但需要10几伏的高电压）。
随着技术的发展，在2004年以后，一些厂家推出了一些新的pld和fpga，这些产品模糊了pld和fpga的区别。例如altera最新的maxii系列pld，这是一种基于fpga（lut）结构，集成配置芯片的pld，在本质上它就是一种在内部集成了配置芯片的fpga，但由于配置时间极短，上电就可以工作，所以对用户来说，感觉不到配置过程，可以传统的pld一样使用，加上容量和传统pld类似，所以altera把它归作pld。 还有像lattice的xp系列fpga，也是使用了同样的原理，将外部配置芯片集成到内部,在使用方法上和pld类似，但是因为容量大，性能和传统fpga相同，也是lut架构，所以lattice仍把它归为fpga。
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