可编程逻辑器件CPLD/FPGA的发展

本文结合当今数字化电子系统设计情况,讨论了复杂可编程逻辑器件/现场可编程门阵列(CPLD/FPGA)器件的特点及发展,指出了CPLD/FPGA的应用和技术推广将是我国未来电子设计技术发展的主流。     

可编程逻辑器件的发展概述

数字集成电路经历了从小规模集成电路(SSI)，中规模集成电路(MSI)，大规模集成电路(LSI)，和超大规模集成电路(VLSI)的发展过程。PLD器件由早期的可编程只读存储器、可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、通用阵列逻辑发展到复杂可编程逻辑器件和现场可编程门阵列。PLD器件使数字系统的设计更加便利和高效，FPGA／CPLD和ASIC融合的趋势也越来越明显。     

基于FPGA的数据报文分类的研究

随着Intemet规模的不断扩大和应用技术的不断进步,越来越多的业务需要对数据包进行实时快速的分类。可编程片上系统（SOPC）的设计是一个崭新的且富有生机的嵌入式系统设计。文中通过阐述可编程逻辑器件特点及其发展趋势的基础上,探讨了基于嵌入式处理器内核和Xilinx FPGA的SOPC软硬件设计技术,介绍了基于Internet的可重配置逻辑（IRL）技术并提出了设计实现方法。     

多通道数据同步采集系统的设计

提出了一种基于FPGA的数据采集系统设计方案.该方案以FPGA为核心,通过SOPC技术将NIOS软核处理器,采集控制逻辑等功能模块集成在FPGA上,然后结合简单的外围电路构建了多通道数据同步采集系统.测试结果表明:该平台功耗低、性能稳定、扩展性强.     

介绍一种新型的可编程逻辑器件：美国ATMEL公司EPLD

在电子产品设计中,电子系统工程师总是希望能找到刚是好或基本刚好满足自己需要的集成电路,以提高电路的集成度和可靠性,降低功耗。因此,专用集成电路设计便应运而生。专用集成电路设计分很多种:一种是全定制集成电路设计。顾名思义,即完全按照某种用途设计的电路,不浪费一点硅片,这种设计方法对于设计人员的水平要求很高,不能有一点差错,而且设计周期长,投资大.只有在大批量生产时才显示其优越性。再一种就是半定制集成电路设计。随着集成电路制造技术的发展,单片集成电路的容量越来越大,制造厂家     

可编程逻辑器件架构设计展望

随着人工智能、区块链、云计算、大数据、边缘计算、智慧家庭、物联网和5G等信息技术的发展,其对电子硬件系统在系统频率、数据吞吐量、高速传输、数据带宽等性能方面提出了更高的要求,尤其是在国家电子信息技术政策的宏观引领下,信息产业升级需求驱动软件系统、硬件系统、基础元器件等信息技术不断向前发展.截至目前,作为电子硬件系统的核心基础元器件之一,现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Logic Array,FPGA)器件的集成规模、信号处理能力、数据带宽、系统频率,以及高速传输均达到较高水平,为信息技术应用做出了巨大贡献.然而,随着信息技术的不断发展,目前FPGA的性能越来越不能满足日益增长的电子信息技术硬件系统需求,FPGA性能升级势在必行.FPGA作为可编程逻辑器件,其可将处理器、存储器、协议模块、时钟模块、SERDES、PCIE、DDR控制器和DSP等集成在一起.同时,结合FPGA本身的可编程逻辑单元模块、互连线等,可在FPGA器件中形成一个高性能的复杂的系统应用设计.随着信息技术发展对高性能系统的要求,如何将上述资源有机结合在一起,充分发挥其性能优势变得日益紧迫和重要.因此,FPGA的架构设计重要性显而易见.在FPGA架构设计中,需要解决逻辑规模、布局布线延时、时钟偏斜、系统带宽、数据吞吐量、高速传输,以及资源的高效利用率等问题.下面我们将从基本模块结构设计、系统结构设计等进行概述,对未来FPGA架构设计趋势进行展望.     

可编程逻辑互连网络的设计

半导体技术的迅速进步要求数字系统设计过程的同步提升。例如英特尔4004处理器这样的早期集成电路完全是手工设计的，其中包括了布局工艺图。对于在1971年利用100m技术工艺过程构建的2300个晶体管晶件而言，这是一个合理的努力。与之形成对照的是2002年7月公布的最新的英特尔奔腾2微处理器。它包含了2．2亿个晶体管，使用了0．180m工艺过程，设计这样一个大型器件要求几百个工程师依靠高级的CAD工具来处理其复杂性。在过去的5至10年内，每一个新的英特尔处理器都是设计的顶峰，为其他器件的跟进设置了标准。随着当前制造技术达到了深一亚微层次，为创建一个可以工作的设计所要求的低层次设计努力就越来越多。同时可编程逻辑器件的功能已经提升。目前的现场可编程门阵列（FPGA）可以实现整个数字系统，它们对于系统层次设计者的吸引力在不断地增加。但是在许多情况中，它们的性能是不够的，或者它们没有包含足够的内存，或者缺乏关键的知识产权核心。因此存在着不断增加的需求，要把可编程逻辑技术与客户化的亚微VLSI技术相结合。如果说在可编程逻辑中存在着一个没有被完全理解的具体方面的话，那就是互连。它占用了最大的面积而且要为大多数的延时负责。可编程逻辑器件的90％是布局，10％是逻辑。本书把焦点放在了90％上面，即可编程布局上。它介绍了互连设计的最新研究成果，重点是互连结构自动生成的知识与工具。     

VHDL在数字集成电路设计中的应用

概述了数字集成电路设计的发展趋势；分析了VHDL的特点；结合实例介绍了VHDL在数字集成电路设计中的应用方法。     

基于ISP逻辑器件的数字系统设计

ＩＳＰ器件是９０年代的ＰＬＤ器件,使人们在实验室里就可设计出大规模专用集成电路ＡＳＩＣ,介绍了ＩＳＰ器件的结构,编程技术和设计方法。     

基于ＩＳＰ器件的数字逻辑仿真开发系统的设计研制

介绍运用Ｌａｔｉｉｃｅ公司的ＩＳＰ器件研制的数字逻辑仿真开发系统及其在数字逻辑电路课程教学、设计与科研开发等方面的应用。     

FPGA被动并行配置控制器的研究与实现

为了快速方便地配置FPGA,文章提出了使用Flash存储FPGA的配置数据,再由CPLD控制Flash将存储的数据采用并行方式下载到FPGA的方法.由于Flash掉电后数据不会丢失,这样就解决了FPGA掉电易失的问题.该文给出了具体的硬件电路和软件模块的编程思路,通过仿真测试表明本设计的可行性.     

基于FPGA的数字认证相机设计

提出了一种基于图像半脆弱水印的数字认证相机模型,并在FPGA平台上予以实现。水印算法根据图像DCT系数在JPEG压缩过程中的两个不变特性进行设计,可以抵抗一定程度的JPEG压缩,同时检测恶意篡改并定位。模型的硬件结构在DE2-70+TRDB-D5M+LTM的FPGA多媒体开发平台上进行了设计实现,水印信息可伴随图像的采集过程实时生成和嵌入,从而在图像获取的源头保证了其可认证性。     

基于FPGA的GPS信号采集及网络传输

基于NiosII软核处理器和Altera的FPGA芯片技术,以SOPC技术为实现手段,对GPS中频信号的采集和网络传输进行了研究与设计。用FPGA硬件逻辑资源实现了ADC的控制和数据量化,量化后的数据通过两个乒乓操作的双口RAM进行缓存。自定制双口RAM的读取组件,以实现信号采集模块与SOPC系统的对接。为了提高系统的工作效率,由DMA控制器完成数据的搬移。利用以太网控制器LAN91C111设计了基于NiosⅡ的以太网通信接口,实现了数据的网络传输。     

FPGA／CPLD可编程逻辑器件的在系统配置方法

讨论了基于SRAM技术的CPLD／FPCA可编程逻辑器件的编程方法，并以ALTERA公司FLEX10系列器件为例，提出了一种利用微处理器对可编程逻辑器件进行在系统多方案配置的实用方法。该方法成本低廉、简单易行，能在系统复位或上电时自动对器件编程，不仅有效的解决了基于SRAM的CPLD／FPGA器件掉电易失性的问题，而且使单一芯片可以具有多种逻辑功能，实现了该类器件逻辑功能的在系统多方案的灵活配置。     

基于VHDL的数字系统设计和优化

基于VHDL的数字系统设计具有设计技术齐全、方法灵活、支持广泛等优点,同时也是EDA技术的重要组成部分。通过设计实例,比较详尽地介绍了利用VHDL语言进行数字电路系统设计的流程结构和技术特征,并对设计的优化进行深入的研究和讨论。     

采用ISP逻辑器件的数字系统设计方法

可编程逻辑器件是一种可以由用户在现场进行编程的逻辑器件,它给数字系统的设计带来了全新的概念,使数字系统的逻辑规模更大,设计变得更加方便、灵活和高效。本文介绍了ISP器件的结构、开发系统和设计方法。     

在系统可编程逻辑器件及其应用

简要介绍了在系统可编程（ＩＳＰ）技术及ＩＳＰ器件结构原理,还介绍了ＩｓｐＬＳＩ１０１６器件的具体电路应用实例－－四路竞赛抢答器设计与实现。着重强调了“硬件电路系统设计与调试软件化”这一当今世界上较为先进的电子电路的设计思想。     

FPGA中的可编程逻辑模块CLB的设计

基于对商用FPGA的研究,分析设计了一种FPGA中的可编程逻辑模块CLB,并对自主研发设计的CLB的逻辑功能正确性进行了仿真验证.仿真的结果表明,所设计的CLB结构能够实现多达九输入的某些布尔函数和分布式随机存储器的功能,所实现的功能更为通用,所采用的查找表组合结构克服了传统查找表随输入端增加而芯片面积呈几何级数增大的缺点.     

光子计数平台的设计

本文介绍了基于SPOC(可编程片上系统)技术的光子计数平台的基本原理、结构以及软硬件各部分实现方法.整个系统硬件结构合理,功能符合设计要求,还体现出了设计灵活、移植性强等许多特点.     

FPGA片上调试方法

介绍了现场可编程门阵列的片上调试的方法,分析了该方法的优缺点,并重点介绍了片上调试系统的组成结构,同时以XILINX公司现场可编程门阵列为例,结合Xilinx公司ChipScope工具的使用,详细介绍了片上调试方法的具体实现.