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FPGA 简介
FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写,即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
  FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(Logic Cell Array)这样一个新概念,内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输出输入模块IOB(Input Output Block)和内部连线(Interconnect)三个部分。FPGA的基本特点主要有:
  1)采用FPGA设计ASIC电路,用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。 ——2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
  3)FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。
  4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
  5)FPGA采用高速CHMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。
  可以说,FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
  目前FPGA的品种很多,有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。
  FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的,因此,工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式,采用不同的编程方式。 加电时,FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中,配置完成后,FPGA进入工作状态。掉电后,FPGA恢复成白片,内部逻辑关系消失,因此,FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器,只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时,只需换一片EPROM即可。这样,同一片FPGA,不同的编程数据,可以产生不同的电路功能。因此,FPGA的使用非常灵活。
  FPGA有多种配置模式:并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式;主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA;串行模式可以采用串行PROM编程FPGA;外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设,由微处理器对其编程。
 

1.主流PLD产品:

MAXII:新一代PLD器件,0.18um falsh工艺,2004年底推出,采用FPGA结构,配置芯片集成在内部,和普通PLD一样上电即可工作。容量比上一代大大增加,内部集成一片8Kbits串行EEPROM,增加很多功能。MAXII采用2.5v或者3.3v内核电压,MAXII G系列采用1.8v内核电压。

简评:性价比不错,未来几年主流器件,推荐使用,不过MAXII容量较大,对于只需要几十个逻辑单元的简单逻辑应用,建议使用小容量的EPM3000A系列芯片

 

MAX II 器件家族

 Feature

EPM240/G

EPM570/G

EPM1270/G

EPM2210/G

逻辑单元 (LE)

240

570

1,270

2,210

等效宏单元(Macrocell)

192

440

980

1,700

最大用户IO

80

160

212

272

内置Flash大小(bit)

8K

8K

8K

8K

管脚到管脚延时(ns)

3.6-4.5

3.6-5.5

3.6-6.0

3.6-6.5

 

主流FPGA产品

Altera的主流FPGA分为两大类,一种侧重低成本应用,容量中等,性能可以满足一般的逻辑设计要求,如Cyclone,CycloneII;还有一种侧重于高性能应用,容量大,性能能满足各类高端应用,如Startix,StratixII等,用户可以根据自己实际应用要求进行选择。 在性能可以满足的情况下,优先选择低成本器件。

 

  • Cyclone(飓风)Altera中等规模FPGA,2003年推出,0.13um工艺,1.5v内核供电,与Stratix结构类似,是一种低成本FPGA系列 ,是目前主流产品,其配置芯片也改用全新的产品。

简评:Altera最成功的器件之一,性价比不错,是一种适合中低端应用的通用FPGA,推荐使用

Cyclone资料下载

 

型号(1.5V)
逻辑单元
锁相环
M4K RAM 块
备 注
EP1C3 2,910
1
13
每块RAM为4Kbit,可以另加1位奇偶校验位
 

  • CycloneII:Cyclone的下一代产品,2005年开始推出,90nm工艺,1.2v内核供电,属于低成本FPGA,性能和Cyclone相当,提供了硬件乘法器单元

    简评:刚刚推出的新一代低成本FPGA,目前市场零售还不容易买到,估计从2005年年底开始,将逐步取代Cyclone器件,成为Altera在中低FPGA市场中的主力产品。

    CycloneII资料下载

     

     

    Cyclone II 系列概览

    特 性

    EP2C5

    EP2C8

    EP2C20

    EP2C35

    EP2C50

    EP2C70

    逻辑单元( LE )

    4,608

    8,256

    18,752

    33,216

    50,528

    68,416

    M4K RAM 块

    26

    36

    52

    105

    129

    250

    RAM 总量

    119,808

    165,888

    239,616

    483,840

    594,432

    1,152,000

    嵌入式18×18乘法器

    13

    18

    26

    35

    86

    150

    锁相环(PLL)

    2

    2

    4

    4

    4

    4

    最大可用I/O管脚

    142

    182

    315

    475

    450

    622

     

  • Stratix :altera大规模高端FPGA,2002年中期推出,0.13um工艺,1.5v内核供电。集成硬件乘加器,芯片内部结构比Altera以前的产品有很大变化。

    简评:Startix芯片在2002年的推出,改变了Altera在FPGA市场上的被动局面。该芯片适合高端应用。 随着2005年新一代StratixII器件的推出,将被StratixII逐渐取代

    Stratix资料下载

     

    1.5v
    逻辑单元 LE
    备注
    EP1S10 10570 94 60 1 6

    每个DSP块可实现4个9x9乘法/累加器

    RAM块可以另加奇偶校验位

    EP1S20 18460 194 82 2 10
    EP1S25 25660 224 138 2 10
    EP1S30 32470 295 171 4 12
    EP1S40 41250 384 183 4 14
    EP1S60 57120 574 292 6 18
    EP1S80 79040 767 364 9 22
    EP1S120 114140 1118 520 12 28
     

     

  • StratixII: Stratix的下一代产品,2004年中期推出,90um工艺,1.2v内核供电,大容量高性能FPGA

    简评:性能超越Stratix,是未来几年中,Altera在高端FPGA市场中的主力产品

    StratixII资料下载

     

     

    Stratix II 系列概览

    功能

    EP2S15

    EP2S30

    EP2S60

    EP2S90

    EP2S130

    EP2S180

    自适应逻辑模块(ALM)

    6,240

    13,552

    24,176

    36,384

    53,016

    71,760

    等效逻辑单元 (LE)

    15,600

    33,880

    60,440

    90,960

    132,540

    179,400

    M512 RAM 块 (512 bits)

    104

    202

    329

    488

    699

    930

    M4K RAM 块 (4 Kbits)

    78

    144

    255

    408

    609

    768

    M-RAM 块(512 K)

    0

    1

    2

    4

    6

    9

    总共 RAM bits

    419,328

    1,369,728

    2,544,192

    4,520,448

    6,747,840

    9,383,040

    DSP块(每个DSP包含4个18x18乘法器)

    12

    16

    36

    48

    63

    96

    锁相环(PLL)

    6

    6

    12

    12

    12

    12

    最大可用I/O管脚

    358

    542

    702

    886

    1,110

    1,1

     

    配置EEPROM   用于配置SRAM工艺FPGA的EEPROM,EPC2以上的芯片可以用电缆多次擦写

    型号 容量 适用型号(详细内容请参阅数据手册) 电压 常用封装
    EPC1441 (不可擦写) 441K bits 6K,10K10-10K30,1K10 3.3/5v 自动选择(可在软件中设定) 8 脚 DIP
    EPC1 (不可擦写) 1M bits 10K30E/1K30,10K/1K50,更大芯片要多片级连 3.3/5v 自动选择(可在软件中设定) 8 脚 DIP
    EPC2 (可重复擦写) 2M bits 10K/1K/20K100以下,更大芯片要多片级连 3.3/5v 管脚控制(请查阅数据手册) 20 脚 PLCC
    EPC8 (可重复擦写) 8M bits     100脚 PQFP
    EPC16(可重复擦写) 16M bits     88 脚 BGA

     

     

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