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大規模可編程邏輯器件的發展歷史

PLD誕生及簡單PLD發展階段

二十世紀七十年代,熔絲編程的PROM(ProgrammableReadOnlyMemory)和PLA(ProgrammableLogicArray)的出現,標誌著PLD的誕生。可編程邏輯器件最早是根據數字電子系統組成基本單元-門電路可編程來實現的,任何組合電路都可用與門和或門組成,時序電路可用組合電路加上存儲單元來實現.早期PLD就是用可編程的與陣列和(或)可編程的或陣列組成的。

PROM是采用固定的與陣列和可編程的或陣列組成的PLD,由於輸入變量的增加會引起存儲容量的急劇上升,只能用於簡單組合電路的編程。PLA是由可編程的與陣列和可編程的或陣列組成的,克服了PROM隨著輸入變量的增加規模迅速增加的問題,利用率高,但由於與陣列和或陣列都可編程,軟件算法復雜,編程後器件運行速度慢,只能在小規模邏輯電路上應用。現在這兩種器件在EDA上已不再采用,但PROM作為存儲器,PLA作為全定制ASIC設計技術,還在應用。

二十世紀七十年代末,AMD公司對PLA進行了改進,推出了PAL(ProgrammableArrayLogic)器件,PAL與PLA相似,也由與陣列和或陣列組成,但在編程接點上與PAL不同,而與PROM相似,或陣列是固定的,只有與陣列可編程。或陣列固定與陣列可編程結構,簡化了編程算法,運行速度也提高了,適用於中小規模可編程電路。但PAL為適應不同應用的需要,輸出I/O結構也要跟著變化,輸出I/O結構很多,而壹種輸出I/O結構方式就有壹種PAL器件,給生產,使用帶來不便。且PAL器件壹般采用熔絲工藝生產,壹次可編程,修改電路需要更換整個PAL器件,成本太高。現在PAL已被GAL所取代。

以上可編程器件,都是乘積項可編程結構,都只解決了組合邏輯電路的可編程問題,對於時序電路,需要另外加上鎖存器,觸發器來構成,如PAL加上輸出寄存器,就可實現時序電路可編程。 乘積項可編程結構PLD發展與成熟階段

二十世紀八十年代初,Lattice(萊迪思)公司開始研究壹種新的乘積項可編程結構PLD。1985年推出了壹種在PAL基礎上改進的GAL(GenericArrayLogic)器件。GAL器件首次在PLD上采用EEPROM工藝,能夠電擦除重復編程,使得修改電路不需更換硬件,可以靈活方便地應用,乃至更新換代。

在編程結構上,GAL沿用了PAL或陣列固定與陣列可編程結構,而對PAL的輸出I/O結構進行了改進,增加了輸出邏輯宏單元OLMC(outputLogicMacroCell),OLMC設有多種組態,使得每個I/O引腳可配置成專用組合輸出,組合輸出雙向口,寄存器輸出,寄存器輸出雙向口,專用輸入等多種功能,為電路設計提供了極大的靈活性。同時,也解決了PAL器件壹種輸出I/O結構方式就有壹種器件的問題,具有通用性。而且GAL器件是在PAL器件基礎上設計的,與許多PAL器件是兼容的,壹種GAL器件可以替換多種PAL器件,因此,GAL器件得到了廣泛的應用.目前,GAL器件主要應用在中小規模可編程電路,而且,GAL器件也加上了ISP功能,稱ispGAL器件。

二十世紀八十年代中期,ALTERA(阿特喇)公司推出了EPLD(ErasablePLD)器件,EPLD器件比GAL器件有更高的集成度,采用EPROM工藝或EEPROM工藝,可用紫外線或電擦除,適用於較大規模的可編程電路,也獲得了廣泛的應用. 復雜可編程器件發展與成熟階段

二十世紀八十年代中期,Xilinx(西林克司)公司提出了現場可編程(FieldProgrammability)的概念,並生產出世界上第壹片FPGA器件,FPGA是現場可編程門陣列(FieldProgrammableGateArray)的英文縮寫,現在已經成了大規模可編程邏輯器件中壹大類器件的總稱.FPGA器件壹般采用SRAM工藝,編程結構為可編程的查找表(Look-UpTable,LUT)結構.FPGA器件的特點是電路規模大,配置靈活,但SRAM需掉電保護,或開機後重新配置.

二十世紀八十年代末,Lattice公司提出了在系統可編程(In-SystemProgrammability,ISP)的概念,並推出了壹系列具有ISP功能的CPLD器件,將PLD的發展推向了壹個新的發展時期.CPLD即復雜可編程邏輯器件(ComplexProgrammableLogicDevice)的英文縮寫,Lattice公司推出CPLD器件開創了PLD發展的新紀元,也即復雜可編程邏輯器件的快速推廣與應用.CPLD器件采用EEPROM工藝,編程結構在GAL器件基礎上進行了擴展和改進,使得PLD更加靈活,應用更加廣泛.

復雜可編程邏輯器件現在有FPGA和CPLD兩種主要結構,進入二十世紀九十年代後,兩種結構都得到了飛速發展,尤其是FPGA器件現在已超過CPLD,走入成熟期,因其規模大,拓展了PLD的應用領域.目前,器件的可編程邏輯門數已達上千萬門以上,可以內嵌許多種復雜的功能模塊,如CPU核,DSP核,PLL(鎖相環)等,可以實現單片可編程系統(SystemonProgrammableChip,SoPC).

拓展了的在系統可編程性(ispXP),是Lattice公司集中了E2PROM和SRAM工藝的最佳特性而推出的壹種新的可編程技術.ispXP兼收並蓄了E2PROM的非易失單元和SRAM的工藝技術,從而在單個芯片上同時實現了瞬時上電和無限可重構性.ispXP器件上分布的E2PROM陣列儲存著器件的組態信息.在器件上電時,這些信息以並行的方式被傳遞到用於控制器件工作的SRAM位.新的ispXFPGATMFPGA系列與ispXPLDTMCPLD系列均采用了ispXP技術.

現在,除了數字可編程器件外,模擬可編程器件也受到了大家的重視,Lattice公司提供有ispPAC系列產品供選用.

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