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DSP应用技术之五 李彧晟 leassun@126.com 五 可编程逻辑器件在DSP系统中应用 5.1 ASIC与FPGA 5.1.2 半定制ASIC 5.2 FPGA简介 5.2.1 FPGA特点 5.2.2 FPGA结构 5.2.3 FPGA设计流程 5.3 DSP与FPGA DSP与FPGA的方案选择 5.4 数字信号处理新设计思想 DSP＋FPGA结构 FPGA内嵌DSP 实例 5.4.1 DSP＋FPGA结构 5.4.2 FPGA内嵌DSP 5.4.3 实例 * 数字信号处理系列课程 —— DSP应用技术 * 数字信号处理系列课程 —— DSP应用技术 5.1 ASIC与FPGA 5.2 FPGA简介 5.3 DSP与FPGA 5.4 数字信号处理的新设计思想 专用集成电路（ASIC）是指专门为特别需要或特定的电子产品而设计的芯片。 5.1.1 ASIC与通用集成电路 DSC设计 CPU 存储器 外设 乘法器 ALU ARAU SSP TIME CLK …………………… 计数器 比较器 ASIC优势： ?体积小，容量大 ?功耗低 ?可靠性高 ?保密性强 ?具有在线可编程能力 ?各种先进的开发手段大大缩短了开发周期 门阵列（Gate Array） 标准单元（Standard Cell） 简单可编程逻辑器件（SPLD） 复杂可编程逻辑器件（CPLD） 现场可编程门阵列（FPGA） 半定制ASIC种类 ?复杂可编程逻辑器件CPLD 基于乘积项的PLD内部结构 宏单元结构 ?现场可编程逻辑器件FPGA 现场可编程逻辑门阵列（Field Programm-able Gate Array）是20世纪 80年代中期出现的一种新型可编程器件。FPGA采用类似于掩膜可编辑门阵列的结构，并结合可编程逻辑器件的特性，使它既继承了门阵列逻辑器件密度高和通用性强的优点，又具备可编程逻辑器件的可编程特性。 自从1985年美国Xilinx公司首家推出后， FPGA就倍受现代数字系统设计者的一致好评，并由此而得到迅速发展，现已广泛用于雷达、通信、计算机、图像处理等诸多领域，而且还在不断扩展。 FPGA（现场可编程门阵列）与 CPLD（复杂可编程逻辑器件）都是可编程逻辑器件，它们是在PAL、GAL等逻辑器件的基础之上发展起来的。同以往的PAL、GAL等相比较，FPGA/CPLD的规模比较大，它可以替代几十甚至几千块通用IC芯片。这样的FPGA/CPLD实际上就是一个子系统部件。 ? 随着超大规模集成电路工艺的不断提高，单一芯片内部可以容纳上百万个晶体管，芯片的规模也越来越大，其单片逻辑门数已达到上百万门，它所能实现的功能也越来越强，同时也可以实现系统集成。 ? 芯片在出厂之前都做过百分之百的测试，不需要设计人员承担投片风险和费用，设计人员只需在自己的实验室里就可以通过相关的软硬件环境来完成芯片的最终功能设计。所以， FPGA的资金投入小，节省了许多潜在的花费。 ? 用户可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同软件就可实现不同的功能。所以，用FPGA/CPLD 试制样片，能以最快的速度占领市场。 ? 电路设计人员不需要具备专门的IC(集成电路)深层次的知识， FPGA/CPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计，快速将产品推向市场。 ? 其开发工具也较为丰富，软件包中有各种输入工具和仿真工具，及版图设计工具和编程器等全线产品，电路设计人员在很短的时间内就可完成电路的输入、编译、优化、仿真，直至最后芯片的制作。 当电路有少量改动时，更能显示出FPGA/CPLD的优势。 FPGA的结构是由基于半定制ASIC门阵列的设计思想而得到的。 查找表型 多路开关型 按结构分类 4输入与门查找表范例 Altera FPGA 内部结构 逻辑单元LE内部结构 可编程逻辑模块（CLB） 可编程输入输出模块IOB 可编程内部互连PI FPGA的结构主要包括 实现基本逻辑功能的单元 连接芯片与外部封装的引脚 联接内部各个CLB以及IOB 设计输入 设计实现 设计验证 基本步骤 ?设计输入 原理图输入 文本输入 逻辑元件的符号连接起来，建立门电路、逻辑功能块 用真值表、状态机输入，或硬件描述语言（HDL）来表达逻辑功能 ?设计实现 生成设计的FP