抄抄
自20世紀60年代至今數(shù)字集成電路歷經(jīng)了SSI、MSI、LSI和VLSI幾個發(fā)展階段。IC芯片的集成度越來越高，我們用到的芯片也隨之發(fā)展，先是標準邏輯器件，由于其邏輯功能固定，電路設計的靈活性不夠。可編程只讀存儲器 PROM是 20世紀70年代初期出現(xiàn)的第一代PLD，它由全譯碼的與陣列和可編程的或陣列組成，可以用來實現(xiàn)以最小項形式表示的各種組合邏輯。PROM采用熔絲工藝編程，只能寫一次，不可以擦除或重寫。隨著技術的發(fā)展和應用要求，又出現(xiàn)了EPROM和 EEPROM。由于陣列規(guī)模大，因此它們的主要用途還是作存儲器。
可編程邏輯陣列PLA是20世紀 70年代中期推出的可編程邏輯器件，它由可編程的與陣列和可編程的或陣列組成的一次性編程器件。雖然其陣列規(guī)模大為減小，提高了芯片的利用率，但由于編程復雜，支持PLA的開發(fā)軟件有一定難度，因而也沒有得到廣泛應用�？删幊剃嚵羞壿婸AL是在20世紀70年代末期由AMD公司推出的可編程邏輯器件，它具有多種的輸出結構形式，為數(shù)字邏輯設計帶來了一定的靈活性,因而成為第一個得到普遍應用的可編程邏輯器件。通用可編程陣列邏輯GAL是LATTICE公司20世紀80年代初發(fā)明的電可擦寫、可重復編程、可設置加密位的PLD器件。GAL器件和PAL器件相比，增加了一個可編程的輸出邏輯宏單元OLMC(OUTPUT LOGIC MICRO Cell)，通過對OLMC配置可以得到多種形式的輸出和反饋。比較有代表性的GAL芯片是GAL16V8、GAL20V8和 GAL22V10，這幾種GAL幾乎能夠仿真所有類型的PAL器件。在實際應用中，由于GAL器件對PAL具有100％的兼容性，所以GAL幾乎完全代替了PAL，在20世紀80年代得到廣泛應用。PAL和GAL結構簡單，易于編程，但規(guī)模小，難以實現(xiàn)復雜的邏輯功能。
可擦除的可編程邏輯器件EPLD是 ALTERA公司20世紀80年代中期推出的一種大規(guī)模可編程邏輯器件。EPLD的基本結構與GAL并無本質區(qū)別，但其集成密度比GAL高得多，使其在一塊芯片內能夠實現(xiàn)更多的邏輯功能。比較有代表性的EPLD是ATMEL公司的ATV750、ATV2500和ATV5000。
復雜可編程邏輯器件CPLD是20世紀90年代初期出現(xiàn)的EPLD改進器件。同EPLD相比，CPLD增加了內部連線，改進了內部結構體系，因而比EPLD性能更好，設計更加靈活，其發(fā)展也非常迅速。國內常用的典型CPLD器件有LATTICE公司的ISPLSI系列器件、XILINX公司的 9000系列器件、ALTERA公司的 MAX7000系列器件。
現(xiàn)場可編程門陣列FPGA是1985年由美國XILINX公司首家推出的一種新型的可編程邏輯器件。FPGA在結構上由邏輯功能塊排列為陣列，并由可編程的內部連線連接這些功能塊來實現(xiàn)一定的邏輯功能。FPGA的功能由邏輯結構的配置數(shù)據(jù)決定，工作時，這些配置數(shù)據(jù)存放在片內的SRAM或者熔絲圖上。使用SRAM的FPGA器件，在工作前需要從芯片外部加載配置數(shù)據(jù)，這些配置數(shù)據(jù)可以存放在片外的EPROM或其他存儲體上，人們可以控制加載過程，在現(xiàn)場修改器件的邏輯功能。FPGA的發(fā)展十分迅速，目前已達到200萬門／片的集成度、 3ns內部門延時的水平。除XILINX公司外，ALTERA和Actel等公司也提供高性能的FPGA芯片。
不斷發(fā)展的數(shù)字信號處理（DSP）技術已經(jīng)開始應用到3G移動通信、網(wǎng)絡多媒體技術、雷達衛(wèi)星系統(tǒng)、聯(lián)合戰(zhàn)術無線電系統(tǒng)、模式識別和智能基站等領域，傳統(tǒng)的DSP處理器已開始顯得力不從心。由于其硬件結構的固定性，使其總線寬度不可改變，這已成為DSP處理器一個難以突破的瓶頸�，F(xiàn)代大容量、高速度的CPLD/FPGA的出現(xiàn)，使得面向用戶性的DSP系統(tǒng)（Customized DSP or Reconfigurable DSP）得以真正的實現(xiàn)。它可以很好的解決諸于并行性、速度、開發(fā)成本和設計周期等問題。在這些CPLD/FPGA中往往內嵌可配置的的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件MAC等DSP模塊（硬核）。易于進行系統(tǒng)的測試、修改、升級和重構。利用CPLD/FPGA進行DSP系統(tǒng)的設計，已經(jīng)有很成熟的開發(fā)平臺和第三方軟件支持。DSP Builder 就是ALTERA公司推出的一個面向DSP開發(fā)的系統(tǒng)級工具。它作為MATLAB的一個Simulink Toolbox出現(xiàn)的。其應用流圖如圖1。高密度的CPLD/FPGA在原來的邏輯宏單元的基礎上嵌入了大量面向DSP的專用硬核和大量可配置于FPGA結構中的參數(shù)化DSP IP軟核構成了SOPC系統(tǒng)。例如，ALTERA公司的Stratix系列器件就含有豐富的DSP功能模塊，有多達224個乘法器，能夠提供70GMACs/每DSP模塊的吞吐量，而當今主流的DSP只能達到4.8GMACs。尤其是在FPGA內嵌微處理器以后使其靈活性得到進一步的提高，設計者既可以在嵌入式處理器中完成系統(tǒng)軟件模塊的開發(fā)和利用，也能利用FPGA的邏輯宏單元完成硬件功能模塊的開發(fā)。ALTERA公司FPGA還提供嵌入式處理器軟核和硬核的選擇。同時也內嵌了大量十分靈活的、針對特定算法的加速器模塊，系統(tǒng)具有靈活的可配置性。其軟IP核能夠適應通信領域中的各種新標準的要求，諸如Wireless802.11a,Wireless Broadband Working GROUP 802.16 HiperLAN12等等。相比之下，傳統(tǒng)的DSP處理器很難實現(xiàn)如此靈活的適配性，已經(jīng)在開始逐漸失去其市場份額。
由于可編程技術的發(fā)展，CPLD/FPGA目前已經(jīng)能與專用集成電路ASIC和專用標準產(chǎn)品ASSP爭奪市場，并逐漸呈現(xiàn)出取代ASIC和ASSP的趨勢。CPLD/FPGA產(chǎn)品在邏輯密度、性能和功能上有了極大的提高，同時器件成本也大幅下降。另外，CPLD/FPGA進步的同時，ASIC市場也發(fā)生了重大的變化。傳統(tǒng)ASIC供應商逐漸改變過去的通用ASIC戰(zhàn)略，轉而專注于開發(fā)滿足特定應用的產(chǎn)品。系統(tǒng)設計商、IP開發(fā)商和代理制造商也逐漸開始關注設計者的要求。許多產(chǎn)品工程師發(fā)現(xiàn)，ASIC只有在產(chǎn)量或銷售達到一定規(guī)模，才能平衡前期的投資。由于CPLD/FPGA提供更合理的成本和更高的性能,因而成功地取代了分立TTL芯片的市場地位。CPLD/FPGA在將存儲器,PAL和UART集成于于單一芯片方面也取得了相當?shù)某煽�；除此之�?最近FPGA還被大量用作電路板連接不同器件的“連接邏輯”器件。由于CPLD/FPGA的高集成度，可配置性和可重構性使得它在面向用戶性的DSP系統(tǒng)中顯現(xiàn)出了無與倫比的優(yōu)勢，將成為今后發(fā)展應用的主流器件之一。
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