Altera的-CPLDFPGA.pptx
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1、3.1 Altera3.1 Altera的的CPLD/FPGACPLD/FPGA器件系列器件系列 3.2 Altera3.2 Altera的的CPLD/FPGACPLD/FPGA器件器件3.3 Altera3.3 Altera的的CPLD/FPGACPLD/FPGA的配置的配置 AlteraAltera是著名的是著名的PLDPLD器件生产厂器件生产厂商,商,AlteraAltera的的PLDPLD器件具有高性能、器件具有高性能、高集成度和高性价比的优点,并且高集成度和高性价比的优点,并且AlteraAltera提供了全面的开发工具和丰提供了全面的开发工具和丰富的富的IPIP核、宏功能库等,因此
2、核、宏功能库等,因此AlteraAltera的产品得到了广泛应用。的产品得到了广泛应用。AlteraAltera器件主要有器件主要有:MAX MAX系列系列 FLEXFLEX系列系列 APEXAPEX系列系列 MercuryMercury系列系列 ACEXACEX系列系列 StratixStratix系列系列 CycloneCyclone系列系列1.MAXMAX系列系列MAXMAX系列系列CPLDCPLD包括包括ClassicClassic、MAX3000MAX3000、MAX5000MAX5000、MAX7000MAX7000和和MAX9000MAX9000等器件系列。这些器件的基本结构单元
3、式乘积项,在工艺上等器件系列。这些器件的基本结构单元式乘积项,在工艺上采用采用EEPROMEEPROM和和EPROMEPROM。其间的编程数据可以永久保存且可加密。其间的编程数据可以永久保存且可加密。MAXMAX系列的集成度在数百门到系列的集成度在数百门到2 2万门之间。所有万门之间。所有MAX9000MAX9000和和MAX7000MAX7000系列的系列的器件都具有器件都具有ISPISP在系统编程的功能,支持在系统编程的功能,支持JTAGJTAG边界扫描测试。边界扫描测试。MAXIIMAXII是是AlteraAltera新一代新一代CPLDCPLD器件,器件,MAXIIMAXII与与 MA
4、XMAX系列器件相比,容系列器件相比,容量更大,成本降低一半,功耗只有其十分之一,同时保持了量更大,成本降低一半,功耗只有其十分之一,同时保持了 MAXMAX器器件原有的优点。件原有的优点。MAXIIMAXII器件与传统的器件与传统的CPLDCPLD完全不同,摒弃了传统的宏完全不同,摒弃了传统的宏单元体系,在查找表单元体系,在查找表LUTLUT体系上采用体系上采用0.180.18u um Flashm Flash工艺和行列布线,工艺和行列布线,无需外部配置。每个无需外部配置。每个 MAXIIMAXII器件都嵌入了器件都嵌入了8Kbit8Kbit的的FlashFlash存储器,设存储器,设计者可
5、以将配置数据集成到器件中进行在线编程。计者可以将配置数据集成到器件中进行在线编程。FLEXFLEX系列系列 FLEXFLEX系列系列FPGAFPGA包括包括FLEX10KFLEX10K、FLEX10KEFLEX10KE、FLEX6000FLEX6000和和FLEX8000FLEX8000等等器件系列。器件系列。FLEXFLEX系列是系列是AlteraAltera为为DSPDSP设计应用最早推出的设计应用最早推出的FPGAFPGA器件系器件系列。列。它采用连续式互联和它采用连续式互联和SRAMSRAM工艺,可用门数为工艺,可用门数为1 1万门至万门至2525万门。万门。FLEX10KFLEX10
6、K器件由于具有灵活的逻辑结构和嵌入式存储器块,因而能够器件由于具有灵活的逻辑结构和嵌入式存储器块,因而能够实现复杂的逻辑功能。实现复杂的逻辑功能。APEXAPEX系列系列APEX20KAPEX20K系列器件是第一个具有多核结构,支持可编程单芯片系统(系列器件是第一个具有多核结构,支持可编程单芯片系统(SOPCSOPC)的)的PLDPLD器件系列器件系列。这种多核结构集成了乘积项、查找表和嵌入式存储器块(这种多核结构集成了乘积项、查找表和嵌入式存储器块(EABEAB)。乘积项结构适用于实现复杂)。乘积项结构适用于实现复杂组合逻辑;使用查找表逻辑能实现增强型寄存器功能;查找表结构能有效实现数据通道
7、、增强组合逻辑;使用查找表逻辑能实现增强型寄存器功能;查找表结构能有效实现数据通道、增强型寄存器、数学运算及数字信号处理器等设计;嵌入式系统块(型寄存器、数学运算及数字信号处理器等设计;嵌入式系统块(ESBESB)能实现多种存储功能,)能实现多种存储功能,包括包括FIFOFIFO、双端口、双端口RAMRAM及内容可寻址存储器(及内容可寻址存储器(CAMCAM)。)。APEX20KAPEX20K系列器件的配置通常是在系统上电时,通过存储一个系列器件的配置通常是在系统上电时,通过存储一个AlteraAltera串行串行PROMPROM中的配置数据中的配置数据或者由系统控制器提供的配置数据来完成。或
8、者由系统控制器提供的配置数据来完成。AlteraAltera提供提供ISPISP串行数据配置芯片,如串行数据配置芯片,如EPC1EPC1、EPC2EPC2、EPC16EPC16;APEX20KAPEX20K具有优化的接口,允许微处理器串行或并行,同步或异步对其进行配置,微具有优化的接口,允许微处理器串行或并行,同步或异步对其进行配置,微处理器将处理器将APEX20KAPEX20K作为存储器对待,重新配置也很容易。作为存储器对待,重新配置也很容易。APEX20KAPEX20K器件被配置后,可以通过重新器件被配置后,可以通过重新复位器件、加载新数据的方法实现在线可配置。复位器件、加载新数据的方法实
9、现在线可配置。APEX20KEAPEX20KE器件属于超级器件属于超级APEX20KAPEX20K器件,它支持先进的器件,它支持先进的I/OI/O标准和内容可寻址存储器(标准和内容可寻址存储器(CAMCAM),),并具有更多的全局时钟数、增强的并具有更多的全局时钟数、增强的“时钟锁定时钟锁定”时钟电路等附加特性。时钟电路等附加特性。APEX20KEAPEX20KE在在APEX20KAPEX20K器器件基础上扩展到件基础上扩展到150150万门。万门。APEXIIAPEXII器件结构与器件结构与APEX20KAPEX20K器件结构一样,它集成了高速差分器件结构一样,它集成了高速差分I/OI/O,
10、支持使用,支持使用True-LVDSTrue-LVDS接口。接口。在在True-LVDSTrue-LVDS接口中的并串转换、串并转换和接口中的并串转换、串并转换和CDSCDS电路支持电路支持LVDSLVDS、LVPECLLVPECL、HyperTransportHyperTransport和和PCML I/OPCML I/O标准。在一般用户标准。在一般用户I/OI/O的的Flexible-LVDSFlexible-LVDS引脚提供附加的差分支持,增加了整个器件的引脚提供附加的差分支持,增加了整个器件的带宽,这种电路再加上增强型带宽,这种电路再加上增强型IOEIOE及对大量及对大量I/OI/O标
11、准的支持,使得标准的支持,使得APEXIIAPEXII器件能满足高速接口的器件能满足高速接口的需要。需要。APEXIIAPEXII其间还具有其他的高性能特征,如双向双端口其间还具有其他的高性能特征,如双向双端口RAMRAM、CAMCAM、普通的、普通的PLLPLL和大量的全和大量的全局时钟。局时钟。MercuryMercury系列系列MercuryMercury系列器件是一种采用系列器件是一种采用8 8层全铜连线层全铜连线SRAMSRAM工艺的高端工艺的高端FPGAFPGA,内部布线结构较,内部布线结构较APEXAPEX、FLEXFLEX产品有较大变化,布线能力有很大提高,支持产品有较大变化,
12、布线能力有很大提高,支持PLLPLL、DDRDDR、LVDSLVDS、四端口、四端口存储器及数据存储器及数据/时钟自动提取。时钟自动提取。MercuryMercury系列器件将以高端应用为目标。系列器件将以高端应用为目标。MercuryMercury系列器件是一种速度优化的系列器件是一种速度优化的PLDPLD结构,它集成了高速差分收发器并支持结构,它集成了高速差分收发器并支持CDRCDR。这些收发器是在。这些收发器是在HSDIHSDI中通过专用的并串变换、串并变换及时钟恢复电路并结合中通过专用的并串变换、串并变换及时钟恢复电路并结合对对LVDSLVDS、LVPECLLVPECL和和PCML I
13、/OPCML I/O标准的支持实现的。该电路与增强型标准的支持实现的。该电路与增强型IOEIOE再加上对大量再加上对大量I/OI/O标准的支持,使得标准的支持,使得MercuryMercury器件能够满足高速接口的需要。器件能够满足高速接口的需要。MercuryMercury器件是第一个对核(器件是第一个对核(CoreCore)性能进行优化的)性能进行优化的PLDPLD。基于基于LUTLUT和增强型存储和增强型存储器的器的MercuryMercury器件使用快速布线资源网络已获得最优性能,而这些资源对数据路径、器件使用快速布线资源网络已获得最优性能,而这些资源对数据路径、集中寄存器、数学计算、
14、数字信号处理或通信等的设计都是理想的。集中寄存器、数学计算、数字信号处理或通信等的设计都是理想的。MercuryMercury器件还器件还具有一些其他的性能特征,如四端口具有一些其他的性能特征,如四端口RAMRAM、CAMCAM、普通、普通PLLPLL和可实现乘法器电路的专用和可实现乘法器电路的专用电路。电路。在在MercuryMercury器器件件结结构构中中,逻逻辑辑电电路路及及互互联联都都用用CMOS CMOS SRAMSRAM单单元元进进行行配配置置。MercuryMercury器器件件可可以以重重构构并并在在出出厂厂前前经经过过100%100%的的测测试试,因因此此不不必必产产生生测
15、测试试信信号号对对器器件件故故障障进进行行检测,使得设计人员能够专注于仿真及设计验证。检测,使得设计人员能够专注于仿真及设计验证。ACEXACEX系列系列 ACEXACEX器件是器件是AlteraAltera专门为通信(如专门为通信(如xDSLxDSL调制解调器、路调制解调器、路由器)、音频处理及其他一些场合的应用而推出的芯片系列由器)、音频处理及其他一些场合的应用而推出的芯片系列。ACEXACEX器件的工作电压为器件的工作电压为2.5V2.5V,采用先进的,采用先进的0.180.18umum、6 6层金属层金属连线的连线的SRAMSRAM工艺制成,它将查找表(工艺制成,它将查找表(LUTLU
16、T)和)和EABEAB相结合,这相结合,这是一种高效而廉价的结构。基于是一种高效而廉价的结构。基于LUTLUT的逻辑对数据路径管理、的逻辑对数据路径管理、数学计算或数字信号处理的设计提供优化的性能和效率,而数学计算或数字信号处理的设计提供优化的性能和效率,而EABEAB可实现可实现RAMRAM、ROMROM、双口、双口RAMRAM或或FIFOFIFO功能。部分型号的功能。部分型号的ACEXACEX器件带器件带PLLPLL。在逻辑单元(。在逻辑单元(LELE)与)与EABEAB数量方面,数量方面,ACEX1KACEX1K的的EP1K30EP1K30、EP1K50EP1K50、EP1K100EP1
17、K100器件分别和器件分别和FLEX10KEFLEX10KE的的EPF10K30EEPF10K30E、EPF10K50EEPF10K50E、EPF10K100EEPF10K100E器件对应相等,且每个嵌入式存器件对应相等,且每个嵌入式存储器块的容量均为储器块的容量均为4Kbit.4Kbit.StratixStratix系列系列StratixStratix器件系列是采用成熟的器件系列是采用成熟的1.5V1.5V、9 9层金属走线、层金属走线、0.1um0.1um全铜工艺制全铜工艺制造的。造的。StratixStratix器件在结构和工艺上较前一代的器件在结构和工艺上较前一代的APEXAPEX系列
18、都有较大提高,系列都有较大提高,增加了许多领先特性,如增加了许多领先特性,如DSPDSP块、三重的块、三重的RAMRAM结构、内嵌结构、内嵌LVDSLVDS高速电路以高速电路以及及DQS/DQDQS/DQ移项电路实现高速存储器接口。移项电路实现高速存储器接口。Stratix GXStratix GX器件系列是器件系列是AlteraAltera公司继公司继MercuryMercury之后推出的第二代内嵌高之后推出的第二代内嵌高速收发器的速收发器的FPGAFPGA,它基于,它基于StratixStratix的架构和工艺,增加了支持的架构和工艺,增加了支持3.1875Gbit/s3.1875Gbit
19、/s的高速收发器通道和源同步差分的动态相位调整(的高速收发器通道和源同步差分的动态相位调整(DPADPA,Dynamic Phase AlignmentDynamic Phase Alignment)电路。)电路。StratixIIStratixII器件系列是采用器件系列是采用1.2V1.2V、901nm901nm、9 9层金属走线、全铜工艺制造层金属走线、全铜工艺制造的。它在成功的的。它在成功的StratixStratix架构的基础上,做了一些适合于架构的基础上,做了一些适合于90nm90nm工艺的改进,工艺的改进,它采用的它采用的ALMALM结构能在为用户提供高性能的同时保证较低成本。结构
20、能在为用户提供高性能的同时保证较低成本。StratixII StratixII 与与StratixStratix类似,其主要特性有内嵌类似,其主要特性有内嵌RAMRAM块、块、DSPDSP块、锁相环块、锁相环(PLLPLL)和外部的存储器接口等。)和外部的存储器接口等。StratixIIStratixII同时也增加了新特性:采用同时也增加了新特性:采用全新的逻辑结构全新的逻辑结构自适应逻辑模块(自适应逻辑模块(ALMALM);增加了源同步通道的);增加了源同步通道的DPADPA电路和对新的外部存储器接口的支持;采用电路和对新的外部存储器接口的支持;采用128bit AES128bit AES密
21、钥对配置文件密钥对配置文件进行加密,以保证用户设计的安全性。进行加密,以保证用户设计的安全性。CycloneCyclone系列系列AlteraAltera公司的低成本公司的低成本FPGAFPGA继继ACEXACEX之后,推出了之后,推出了CycloneCyclone系列以及系列以及其后的其后的CycloneIICycloneII系列。系列。CycloneCyclone系列是基于系列是基于StratixStratix工艺架构、采用工艺架构、采用0.130.13umum工艺的低密工艺的低密度、低成本的度、低成本的FPGAFPGA系列。它具有以下特性:支持系列。它具有以下特性:支持Nios IINi
22、os II嵌入式处嵌入式处理器;嵌入式存储资源支持各种存储器应用和数字信号处理理器;嵌入式存储资源支持各种存储器应用和数字信号处理(DSPDSP)实施;有从低到中等速度的)实施;有从低到中等速度的I/OI/O和存储器接口;使用片内锁和存储器接口;使用片内锁相环管理片内和片外系统时序;支持串行、总线和网络接口及各种相环管理片内和片外系统时序;支持串行、总线和网络接口及各种通信协议;采用新的串行配置器件的低成本配置方案;广泛的通信协议;采用新的串行配置器件的低成本配置方案;广泛的IPIP和和支持。支持。CycloneIICycloneII是基于是基于StratixIIStratixII的的90nm
23、90nm工艺架构推出的低成本的工艺架构推出的低成本的FPGAFPGA。CycloneIICycloneII器件延续了器件延续了CycloneCyclone的低成本定位,在逻辑容量、的低成本定位,在逻辑容量、PLLPLL、乘法器和、乘法器和I/OI/O数量上都较数量上都较 CycloneCyclone有了很大的提高。一般而言,有了很大的提高。一般而言,CycloneIICycloneII器件的总体性能优于器件的总体性能优于CycloneCyclone。本节主要介绍以下三种器件:本节主要介绍以下三种器件:MAX7000MAX7000器件器件 MAXIIMAXII器件器件 CycloneCyclon
24、e器件器件 1.MAX70001.MAX7000器件结构器件结构图 MAX7000照片左左图图为为MAX7000MAX7000器器件件的的照照片片及及器器件件编编号说明。号说明。EPM7128STC100-7EPM7128STC100-7EPM=EPM=家家族族标标识识(可可擦擦除除可可编编程程MAXMAX器器件)件)7128S=7128S=器件类型器件类型(128=(128=单元数量单元数量)T=T=封封 装装 类类 型型(L(L=PLCC,PLCC,T T=TQFP.)TQFP.)C=C=使使用用环环境境(商商业业Commercial,Commercial,工工业业Industrial)I
25、ndustrial)100=100=引引脚脚数数量量(number(number of of pins pins on on the package)the package)-7=-7=速度级别速度级别(ns)(ns)MAX7000MAX7000器件结构图器件结构图 MAX7000 MAX7000器件包括逻辑阵列块、宏单器件包括逻辑阵列块、宏单元、扩展乘积项(共享和并联)、可编程元、扩展乘积项(共享和并联)、可编程连线阵列和连线阵列和I/OI/O控制块五部分。控制块五部分。MAX7000MAX7000还还含有四个专用输入含有四个专用输入,它们即可用作通用输入它们即可用作通用输入,也可作为每个宏
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