首页资源分类FPGA/CPLD > FPGA工作原理及应用

FPGA工作原理及应用

已有 458720个资源

下载专区


TI最新应用解决方案

工业电子 汽车电子 个人消费电子

上传者其他资源

FPGA/CPLD热门资源

本周本月全部

文档信息举报收藏

标    签: FPGA

分    享:

文档简介

FPGA原理,及其应用

文档预览

蔗然彝 }辙豁 黯蘸 霎 尸 尸 G通 的 工作 原 理及 其应 用 黄 再 银 三戴 xc4 0x两 个 子 系 列 它 们 的 阵 列 规 模 如 附 表 所 示 该 系 列 的 ① L 主要特可达RAM 点 是 1862Bit可 达 系 统 门 数 具 备 片 上 508位 3 最 大 可 达 4编 程 分 布 式 算 0逻 辑 式 RAM术 单 单 元 数 目 最 多 可 编 支 持 分 最 大 程 的 布 式 数 逻 辑 功 由 图 (Loku 能简化可知cLpTabl 的Spartn/B主要由三称LuT)两 xLcB方个用来产D触发 框图如生逻辑函器及两组 2所示数的查找据选择 表器 DsP运} 算 4.支 持 Alhance…。. cord及 系 统 ,}.*二 集 成 …}。 ,.{二 附 表 二 `} AB组 成 GLUT)Fl4不 两个由用来作实口Gl4 16存储现4变量的FG分别 单元构成逻辑函数为输出 的查找表发生器其出可为4 (FLuT输入分另lJ变量 和为的 I} 品 {元 数 } }门 数 一 矩 阵 }个 。0 数 一 最 大 、60 1/0数 l7} 任 意 组 合 (HLUT 逻辑函数)可产生 第三个3输入变量 3输入变的任意组合 量的逻辑函数 函数发生它的两 器个 }阮i石陈兀丽 凡 弓 石 豆 奋 于 二 兀 又 蕊 }石 奋 i丁 砍 万 月 下 蕊 }T丁 仁 孺 蕊 万 一 } } } 输 入 变 量 FLuT三 个 GF受可的输出或者始终来自 编程的数据直接来自CLB外部 选择器控CLB的外部输入Hl 制可来自输入H由此见 GLUT的经过3 和第个 一价}万二孤 ,了 万 丁 三 兀 兀 川 下 几 二 二 司 下 仄 蔗 厂 汰 厂 万 卞 二 二 川 一 瓜 不 一 州 ,cL日 的 结 构 及 工 作 原 理 c LB可 实 现 FPGA的 绝 大 多 …多… LuT的 两 逻 辑 函 数 级组合 在H端可以 实现多达 9个变量 的任意组 合 每 个 cLB包含 两个可用来 存储逻辑 函数发生 器输出的 D 47 电 子 世 界 2。3年 第 2期 触 发器 。 通 过 选 1 数 据选 择 器 , 触发 器 的输入 既可 选 择 F 4- UL T 或 G 一 UL T 的输 出也 可选 择 H 一 UL T 的 输 出 , 还 可直 接 选 择 c L B 的 外 部 输入 班 N , 两 个 D 触 发 器 共 用一 个 时 钟 信 号 K 及 使能 信号 E c , 它 们的异步置位 / 复位信号 也共 用 一个 c 比 内部 控制信 号 。 C L B 除 了可 以实 现 一 般 的组 合 逻 辑 功 能和 时序 逻辑 功能 外 , 其 F 一 Lu T 和 G 一 L U T 还 可 作为 分 布式 RA M 使 用 , 此 时有 两种 R A M 编 程模式 : 即单 口 R A M 或 双 口 R A M , 在 单 口 模 式 下 , 一 个 e L B 可 编程 设 定 为 1 6 x l 、 ( 1 6 x z ) x Z 或 32 x Z 位 R A M 阵列 ; 在双 口 模 式下 , 一 个 CL B 只 能设定为 16 x 1 R A M 阵 列。 . 2 OI B 的结 构及 工作 原 理 OI B 是 F P GA 外部封装 引脚 和 内部 逻 辑 间 的接 口 电路 , 每 个 OI B 对应 一 封 装 引脚 , 通 过 向 or B 有关 的编程 数据存储单元 中写入不 同 的数据 , 可 将引脚 定 义为 输入 、 输 出和 双 向 功能 。 S p art 皿 / x L or B 的简 化 原理 框 图 如 图 3 所 示 。 or B 的输入信号 可 由编 程设定为直 接送往内 部的 布线通道 或者送往输入寄存器 。 输入寄存 器也 可 由 编程 设定 1 } . } 0, 0· CK 一 L C 1`」口口 州 0 一 0 一C K 口一 L C 馨 拉 网络 ③ 为边 沿触 发 器 或锁 存 器 ; S p ar’t a n or B 的数 据输入 可 选 择 是 否 插 入 一 个 延迟 单位 , 而 即 a rt an 一 x L 可 选择是 否 插入 二个 或一 个 延 迟单 位 , 或 者不 插 入 延迟 单位 ; 输入 寄 存 器 的输 出直 接 送 往 布 线通 道 ( 图 中通 过 n 和 12 ) 。 当 1/ 0 引 脚 用作输 出时 , 内部 逻 辑 信号 由 0 端进 入 oI B 模块 , 可 编程 设 定为 是 否 反 相 , 然后 再 选 择 是 直 接送三 态缓 冲 器 还 是经 过 D 触发 器寄 存 后再 送三 态 缓 冲 器 , 三 态输 出缓 冲 器 的使 能控 制信号 T 也 可 以 编程 定 为 高 电平有效或低 电平 有效 , 当 T 有效时 , 输出信 号经缓冲器 输 出到 1/ 0 引脚 。 输入 通路和 输 出通 路 中的 两 个 D 触 发 器 共 用 一 个 时钟使 能控 制信 号 E C , 但 它 们 有 各 自的时 钟脉冲 O K ( 输 出时钟 ) 和 IK ( 输入 时钟 ) 。 可 编 程 的上拉 、 下 拉 电阻 用来将没 有用到 的引脚 接 电源 或接地 , 减少 功耗和 系 统 噪声 , 可 编 程 的 上拉 电阻 为 P 沟道 晶体 管 , 它 与 v C C 相 连 ; 可 编 程 的下 拉 电阻 为 N 沟道 晶体 管 , 它 与地 相 连 , 阻 值 的 范 围 为 20 一 1 0 0 k o 。 . 3 布线通 道 内部布线通道 均 由金属 线段 组 成 , 这 些金 属 线段 带 有 可 编 程 的开 关 点 及 开 关 矩 阵。 分 布在 C LB 的行 列 间 隙上 , 图 4 为 S aP rt a n / x L c L B 的 布 线通 道 及 接 口 方框 图 , 图 中 的 PS M 为 可 编程 开 关 矩 阵 , 小 圆 圈为 可 编 程 开关 点 , 可 编 程 连 线有单长线、 双 长线和 长 线。 单长线通过 SP M 与其它单长线 相连 , 每根 双 长 线都从 一 个开 关矩 阵出 发 , 绕 过 相 邻 的 开 关矩 阵进 入 下 一个开 关 矩阵 , 双 长线在 电路中成对 出现 ; 长线不 经 过 开 关 矩 阵 , 其 长度可 穿越 整个芯 片。 由 图 可看 出 , c LB 的输 入 、 输 出均 匀地分 布 在 四 周 , 通过 对可 编 程开 关 点 的编 程 , 可 以 将它们连 接到 单长线、 双 长 线或长线上 。 单 长 线 与 C L B 输入 、 . . . 『 . 】】 , 1 , , 团 ` 一一 . 一 . 〕「 . 1 1 1 「 T l 一 卜刁润刁林 呻 二 二目二~ 翻 闷刁 门 门口口D口「「 一一 一一 一 一飞 -曰 一 , , 门召 . . . 叭 昌 」. . 国口巴巴. r 口 C习 一飞「. es es 门 一 . J 门匕 习 二 r r ,, 】, 尸 r 【 盯 . 1 . . . L胜 1 巨召厄 l 口 匕 二 r . 一 . , r , , 尸口, r曰, . 口口 1 . 飞一 一一 一一飞 . 尸 , . 生刀 . . 月 曰 ` 曰 口口「 】一 一 一一 飞r ~勺吧. . 日. 阴 】 口 口亡〔口 口rr ~, r es 飞 甲 , 1 , 尸r r『 T T 几 口 . 1 .百 .1 口 e j. l 一门 r 写 , . 日 . , . 日. . , es 习口口口尸~ , , 叫 . , r r , 1 ~ . ~ . 1 ~~ , 二二 烈l}戮鬓l l鬓攫l)洲 一口 口 nD一一 ,」」 当 ,,, r. ~ ~ l 1~ 1 ~ r r t 一 .. 1门 r . r .一 . 一】一 飞 . 一一 门 , . . , 一r ~ , 尸一 , . 门 七二 口. 日. 三 .口 . 阶 陌 巴 , , 了 目旧 , . . . . . 口. 飞叮 , 1 r 厂 一一一 一门 .尸 〕` 一一一一一一 「 】r r , , 尸r 】万r r, , 尸r , , r ~ . r r . 」. , , . 田日二 二 叹 伪 团口 「了 口 了 O 二 口口 口 r - .~ , n ~ 一 n 口 曰二~ 二, 叹口j 」, n曰 ~ 二-了~~ ~ , , r r ~ , . . , ` . . 曰. 叫 .公 . . . , ~ ~ ~~ 丈 叹 曰 甘, 巴, 口 巴 门峨 亡巴巴当, 口 曰 曰r尸 门.. 1~1. ,r ,r ,r , 11 , 1 -, , ~ . , . 叫 . 甘~ , ,,, ,1 匹4l 巴妞皿口啊田田田 一印日口r盯m兀 日 l圈l鲁不 l旦藕 田口 胜艘 叨星姗. 肠 触. 压矍.牛黔目 巨黔颐 团 田肠 !I目 皇!l卿藤长线 翻〕工二 , 1, 田目声 三里一」组. 祠阵共` 目日田日 砚目 叮 即日 「 耳杯曰 】r 〔盯— . 确` 舀 函 . ` 目翻. . 舀 一二 r . 1 己 n 二 r f 宁f , 尸. ~ 『 「】们【二 口 口 , 州 r r . 厂 . . . 二二下 二〔 〔 二下 二 勺, . . 目. 刁不甲 二 F . , -丫 .T 口 r甲r ` 】1 「曰 , 】J 名L ` 吕 , J , J ,口口 」 }压ll旧崖- 羹 村研研兀夔 圈 l鬓樵l} 双长线 曰 盯 仁t 甘 . , . 一 , r ~ , . 日日 已百 . 口 , rJ二幻 n r . ~ . , 尸~ , r . , 日口 , 尸 … . 了 . , , 曰r 巴 , , , r es .~ r ~ ~ ~ ~ ~ , . . , . . 门 . 留 . . 口 . , . . . . . , 尸. , , . J习 「t 口 甘甲 , , , ,,一 输出 间 有许多直接连接 点 , 因 此有很高的布线成功率 , 单长线 提供 了最 好的互 连 灵 活性和 相邻模块的快速布线。 由于 信号 每经过 一 个开 关矩 阵都要 产生 一定 的延 时 , 所以 单长线不 适 合 长距离传输信号 。 与单长线相 比 , 双 长线减少 了经过矩阵开关 的 数量 , 更 有效 地 提 供 了中 等 距离 的信号通 路 , 提高 了 系统 工 作 速 度 。 长 线通 常 用于 高 扇 出和 时 间要 求苛 刻 的信号 网 。 除 此 以 外 , s aP rt an / x L 还 有专用 的全 局 网络及 缓 冲器 , 用来 分 配 全 局 时钟信 号 和 长 线驱 动 。 S Pa rta n / X L 的编 程原理 所 谓 编程 就是 将事先 设计好的数据通过某种方 式 装入 一 片 或 多片 F PG A 中 , 以确 定 FP GA 内部 的 C L B 和 or B 的功 能 以 及 布线 通 道 的连接 方 式 , 数据 的写 入 只在 编 程 过 程 中 完成 。 在 正 常工 作期 间 , 存储 单元 只 用来提 供固 定 的控 制 信 号 , 编 程存 储单元 以 阵列形 式分 布 在 F P G A 中。 对 s aP rt an / x L 来说 , 每 个 C BL 有几 百 个编程数据位 , 每 个编程 数据位定义 了一 个静态存 储 单元 的状态 , 而 该存储 单元 可 以控 制一 个逻 辑函 数查 找表 位 、 一 个数据选 择器 输入 或一 个互 连 开 关 晶体管。 ix lin x 开 发 系 统可 以将逻辑设计转换成网络表文件 , 它 自动将逻辑 电路分 区 、 设 置 和 布线 , 并 且 以 PR O M 格 式产 生 编 程 数 据 , 并 将 数据 存 入 1〕 R O M 中 。 , , 编程 模式 s v 的 s aP rt an 器件 有设 定从 串模式 ( M O D E = l ) 、 设 定 主 串模式 ( M O D E 二 0) 两种编程 模式 ; 3 v 的 S p a-r t an 一 x L 器件 有设 定 从 串模式 ( M I/ M o = 1 1 ) 、 设 定主 串模 式 ( M I/ M O 二 1 0 ) 、 设定 快速 模式 ( M I/ M O 二 X0 ) 三 种编程 模式。 编 程 开 始前 , 芯 片会 自动检 测 M O D E 脚 以确定 编 程 模式 , 编 程 结 束后 , 这 些 脚 就 没 有 用 了 。 当 M O D E 脚 为高 电平 时 , 选 从 串 模式 , 这 也 是 目前最 常 用的 一种编 程 模式 , 实际 上 , 此 时 M O DE 脚 可 悬 空。 如 果 要 选 择 主 串模式 , 则 M O D E / M O 脚 必须 与地 相 连 或通 过 I k o 的下拉 电阻 接 地 。 .2 编辑数 据的装入 由于 S RA M 在掉 电后 其 内部的数据 会 丢失 , 所 以基 于 S RA M 的 FP GA 必 须 配 置 一个 P R O M 芯片 , 用 以存 放 F GP A 的编 程 数 据 。 主 串模式 利用 F P以 内 部振荡器 产 生 编程 时钟信 号 来驱 动 F P G A 器 件和 具 有 串行 功 能 的 P R O M ( S P R O M ) , C C L K 可选 择 z M H ; (缺省状 态 ) 或 S M H : 。 在 C C L K 的上 升 沿 S PR O M 内部 地 址 计 数 器 自动 加 1 , 直到 将所 有 数 据全 部 装载 完 毕 。 从 串模 式 必须 用外部时钟信号 (该 信号 通常 由主 串器 件提供 ) 来驱动 闷习 · 电 子 世界 2 。。 3 年 第 2 期 羹蒸撇颧巍撇缴 冷 凝 塔 断 水 缪豁缪 · 梁 肇全 · 冷 凝塔 在化 工 、 轻 工 等生 产 过 程 中经 常使 用 , 而 冷 凝塔 内 的供 水 必 须 保证 正 常 , 一 旦 出 现 断 水 , 往 往 容 易 造 成 严 重 的 事 故。 实际 使用 中的冷凝 塔及其供水管道 安装位置 较高 , 操作 人 员 较难 观 察供水 情况 。 下 面 介 绍的 冷凝 塔 断 水 告知 器 , 电路 简 单 、 安 装 方 便 快 捷 , 工 作 稳 定 可 靠 。 通过 观察 指示 灯 , 即 可 了 解 到 冷凝 塔的供 水 情况 , 正 常 时 , 绿 指 示 灯 亮 , 断 水 时 , 绿 指示 灯 熄 灭 , 红 指 示 灯 亮 , 同 时 电铃得 电发 出报警 声 , 通 知操 作人 员 及时处理。 十 电路如 附 图 所 示 。 接 通 电源 开 关 S , 供水 正 常 时 , 由于 水 的导 电作 用 , 两 电极 间 电阻 较小 , 则 电阻 R Z 被 短 路 , 可 控 硅 V I 处 于截 止状 态 , 绿 指 示 灯 V 3 点 亮 。 而 断 水 时 , 两 电极 不 再 与 水接触 , 此 时由 于 电阻 2R 的分 压 而使 vl 的 G 极和 c 极间 获 得 触 发 电压 , V l 导 通 , 继 电器 K 得 电吸 合 , 绿 指 示 灯 V 3 熄 灭 , 红 指 示 灯 V Z 点 亮 , 同 时 电铃 H A 得 电发 出报 警 声 。 元件 可参照 附 图 中标注 选 用 , Vl 为 小型 塑 封 式 单向 可控 硅 , 如 B T 15 1 型 ( I A 400 V ) , V Z、 V 3 为发光二 极管 , 型号 不 限 , 变 压 器 T 可 选 初 级 电压 为 2 0 V , 次 级 电压 为 16 V , 功 率 为 S W 左 右 即 可 。 电极 的 制作 取 两 根 直 径约 10 m m 的 不 锈 钢 管 , 彼 此 相 隔约 sc m , 牢 固 垂直 地 安 装在 厚 度 约 为 10 m m 的 绝缘 塑 料板 上 , 然 后 把 塑 料板 稳 固地 安 装 在 欲 监 测 的部 位 中 , 并 使 两 电极 与 水 的 接 触 的 深 度 在 sc m 以 上 , 然 后 在 两根 不 锈 钢 管 不 与 水 接 触 的端 部分 别 钻一 个 甲 为 4 m m 的 小 孔 , 用 螺 栓 、 螺 母 把 两 根导线 ( 可 用 塑料 电线 ) 接 上 , 再把 导 线 的 另两 端分 别 接入告 知器 的输入 端即可 。 如在使 用 中发现 V l 不能按要求 正确导 通 , 这 时 可 适 当 调 整 2R 的 电阻值 即 可 解 决 。 K FP G A 编程 数 据 的装 入 , 在 每 个 C C L K 的 上 升 沿 , 从 FP C A 通 过 DI N 脚 接 收 输 入 数 据 , 此 数 据装入 后 , 在 C C L K 的下 降沿 又 将 此 数据从 DO U T 输 出给 下 一 片 FP G A 。 如 图 5 所示 为 主 / 从 串模 式 编 程 数 据 方 框 图 。 图 中 x cl s7 o 。 为 s P R O M , 主 串 S p art a n 产 生 C C KL 信 号 给 S p R O M , 从 S p art a n 和 从 F p G A 的 C C L K 信 号 均 由主 串 S aP rt an 产 生 ; 在 c c L K 的控 制 下 , 编 程数 据从 sP R O M 的 D A T A 脚 输 出 , 输入 给 主 串 S aP art n , 然 后 再从 主 串 s p a’tI a n 的 D o u T 脚 输 出 给 从 S p art an , 再 由 从 印 a rt an 的 D O U T 输 出给 F PG A , 如 果 多片从 F P G A 具 有 相 同 的 编程 数 据 , 则可 将 其 DI N 脚 并 接 在 一起 , 这 样 就 可 以 同 时 对 多片 F P G A 一 起编程 。 至 于 s aP rt an 一 X L 的快 速 编 程 式 , 它和 从 串模 式基 本 一 样 , 只不 过快速 模式 每次 装入 是 一 个字 节 ( sb i)t 的数 据 , 因而 其编 程速度是从串模式的 8 倍。 应 用前 景 FP G A 是 基 于 S R A M 的可 编程 器 件 , 它 以功 能 很强 的 C L B 为 基 本 逻 辑 单 元 , 可 以 实现 各 种复 杂 的逻 辑 功能 ; F GP A 还 具 有 可 扩展 的 优 点 ; F P G A 本 身 复 杂 性 的提 高 远 远 超 过 最 终 产 品 的复 杂 `{生。 最 新 的 FP G A 产 品 , 例 如 X ili n x 的 v i rt e x 一 e 系 列 提 供 的 系 统 门 密 度 从 5 8 0 0 0 门 到 3 2 0 万 门不 等 。 由于 F P G A 的 . 滋比 目刀 如自 苗渭 . aN 用日加 . 口侧. 匕 命 · ’ , 匕 前 . 一以 甲 门· 公 1决 口住 侧. . 区O .... . . 匀曰. . . 用的 . . . 曰曰 . . . 怕匆峨 二洲 n国 , O目 却州翻 口月为日阴 旧 口怪 断 沪 丽 . “, 门O目 O公 目!r’ 下汽认 S以 VE 曦牙 巨 . 可 性能和灵 活 性 , 以 及新 的简明 的设 计和 实施 方 法 , 在 很多新 兴 应 用 领域 , 如 多 画 面 处 理 、 硬 盘 录像及数 字通信等 , F PG A 都成为优选 的解决 方 案 。 比如 在 C D M A 无线 通 信 系 统 中 , 所 有移 动手机和无 线基站都工 作在相 同的频谱 , 为区· 分 不 同的呼 叫 , 每个 手机 有一个 唯一 的码序 列 , C D M A 基 站必 须能 判 别 这 些 不 同 的码序列 才能够分辨 出不 同的传输呼 叫进 程 ; 这 一 判 别 口 . ⑤ 是通过 匹配滤波实现的 , 匹 配滤波器的输出显 示 出在 输 入 数据 流 中探 测 到特定 的码序 列 ; FP G A 能 提 供 良好 的 滤 波 器 设 计 , 而 且 能 完成 D SP 高 级 数 据 处理 功 能 , 因 而 F PG A 在 现 代通 信领域方面获得 了广泛的应用 。 K 4 9 · 电子 世界 2 0 0 3 年 第 2 期

Top_arrow
回到顶部
EEWORLD下载中心所有资源均来自网友分享,如有侵权,请发送举报邮件到客服邮箱bbs_service@eeworld.com.cn 或通过站内短信息或QQ:273568022联系管理员 高进,我们会尽快处理。