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EDA技术 第02讲- PLD

  ---作为现代集成电路设计的重点与热点,fpga设计一般采用自顶向下、由粗到细、逐步求精的方法。设计最顶层是指系统的整体要求,最下层是指具体的逻辑电路实现。自顶向下是将数字系统的整体逐步分解为各个子系统和模块,若子系统规模较大则进一步分解为更小的子系统和模块,层层分解,直至整个系统中各子模块关系合理、便于设计实现为止。

  后置:AI 双摄,人像模式,背景虚化,Dual PD双核对焦,4轴光学防抖,暗光增强技术,高动态范围调节技术,全景模式,连拍模式,-面部识别,千人千面的AI美颜,后置视频美颜,960帧慢动作拍摄,960帧智能配乐,手持超级夜景模式,后置 AI 场景相机(27种标签,多达238种场景识别,AI 梦境虚化,AI 影棚光效,AI 智能特效,AI 超分辨率拍照)

  目前,采用ARM核的微处理器,即我们通常所说的ARM微处理器,已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场,基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额,ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。

  有两种基本的数字化采样方式:实时采样(real-time sampling)与(equivalent time sampling)。实时采样对波形逐点采集,可以实时显示输入信号的波形,因此适用于任何形式的信号波形,重复或者不重复的,单次的或者连续的。由于所采集的样点是按时间顺序的,因而易于实现波形的显示功能;实时采样的主要缺点是时间分辨率较差。每个样点的采样、量化、存储必须在小于采样间隔的时间内完成。根据Nyquist 采样定理为能够完成的重建波形采样频率至少应为信号最高频率的2倍,因此对实时采样提出了更高的要求。鉴于此出现了,多次采样而获得并重建信号波形。前提是信号必须是重复的。等效采样通过多次采样,把在信号的不同周期中采样得到的数据进行重组,从而能够重建原始的信号波形。

  高速的DSP视频系统中有许多潜在的噪声和辐射源,它们可以扰乱系统的工作,或者使设计通不过FCC的认证。所幸的是,对噪声和辐射的规划和掌握可以帮助系统设计师将这些问题减到最小。早期的努力将节省大量的调试工作和后期的麻烦。PCB布局和回路退耦是设计师可以限制系统噪声和EMI的两种常用技术。具备了这些技术,DSP视频设计师就能有效地解决系统的噪声和辐射。

  南非当地时间11月13日下午,在南非开普敦国际通信技术展览会(简称Africa Com)上,中国移动发布了专为非洲打造的3G KaiOS系统智能功能机。

  仅仅时隔两周,vivo又在本次沟通会上公布了在第四代光电屏幕指纹上的最新技术升级,带来了一项“屏幕指纹DSP加速技术”, vivo凭借在SoC平台的深度优化,将vivo X23的屏幕指纹在低温干手指和强光直射等“刁钻场景”下的解锁速度实现了30%的显著提升。据vivo官方表示,将于10月内在vivo X23上正式推送上线,为用户带来更畅快、更可靠的屏幕指纹识别体验。

  日前,买车网(从外媒获悉,日产汽车宣布旗下纯电动车聆风全球销量突破40万,成为首款销量达到这一水平的电动汽车。除此以…[详细]

  阿斯顿·马丁官方媒体网站近日泄露了一个链接,页面赫然写着“DB11AMR”。据此外媒推测DB11将会成为下一款AMR车型。

  在2019年美国消费性电子大展(CES 2019)上,5G成为展场中下世代新技术典范转移的一大焦点,....

  在科技飞速发展的今天,闭门造车早已经被时代所淘汰,唯有见识最新的科研成果,学习最新的科学技术,才可以....

  EDA技术 第02讲 PLD_工学_高等教育_教育专区。EDA技术课件,很全的。

  第二讲 可编程逻辑器件 PLD HYIT 1 内容提要 出现背景 基本结构和原理 各可编程器件简介 HYIT 2 数字电路课程的回顾 布尔函数--数字系统数学基础(卡诺图) 数字电路设计的基本方法: 组合电路设计 问题 逻辑关系 真值表 化简 逻辑图 时序电路设计 列出原始状态转移图和表 状态优化 状态 分配 触发器选型 求解方程式 逻辑图 HYIT 3 使用中、小规模器件设计电路(74、54系列) 编码器(74LS148) 译码器(74LS154) 比较器(74LS85) 计数器(74LS193) 移位寄存器(74LS194) ……… HYIT 4 设计方法的局限 卡诺图只适用于输入比较少的函数的化简。 采用“搭积木”的方法的方法进行设计。必须熟 悉各种中小规模芯片的使用方法,从中挑选最合 适的器件,缺乏灵活性。 设计系统所需要的芯片种类多,且数量很大。 采用中小规模器件的局限 电路板面积很大,芯片数量很多,功耗很大,可靠性 低--提出提高芯片的集成度的需要 设计比较困难--提出方便地发现设计错误的需要 电路修改很麻烦--提出提供方便的修改手段的需要 HYIT 5 PLD: Programmable Logic Devices HYIT 可编程器件 6 出现背景 电路集成度不断提高 SSI MSI LSI VLSI 计算机技术发展使EDA技术得到广泛应用 设计方法的发展 自下而上 自上而下 用户需要设计自己需要的专用电路 专用集成电路(ASIC-Application Specific Integrated Circuits)开发周期长,投入大,风险大 可编程器件PLD:开发周期短,投入小,风险小 HYIT 7 基本结构和原理 PLD 基本理论依据 (P19) 任何组合电路都可表示为其所有输入信号的最小项的 和或者最大项的积的形式。 时序电路包含可记忆器件(触发器),其反馈信号和 输入信号通过逻辑关系再决定输出信号。 HYIT 8 PLD器件的基本模型 HYIT 9 符 号 HYIT 10 互补输入 PLD的 基本 电路 模块 与阵列模块 或阵列的模块 输出反馈电路模块 查找表模块 HYIT 11 PLD的互补输入 PLD的互补输入 HYIT PLD中与阵列模块 PLD中与阵列模块 PLD中或阵列的模块 PLD中或阵列的模块 12 阵列线 来自或逻 辑输出 D Q 组合逻辑输出 时序逻辑输出 到输入 PLD输出反馈电路模块 PLD输出反馈电路模块 HYIT 14 编程单元可以分为: 易失性:SRAM:现场可编程逻辑阵列(FPGA) 非易失性:EPROM,EEPROM HYIT 15 实际逻辑电路 LUT的实现方式 a,b,c,d 输入 逻辑输出 地址 RAM中 存储的内容 0000 0001 .... 0 0 0 1 0000 0001 ... 0 0 0 1 16 1111 1111 查找表 HYIT LUT Look-Up Table ook- 各可编程器件简介 PLD器件的分类——按编程工艺 PLD器件的分类——按编程工艺 PLD器件的分类——按集成度 PLD器件的分类——按集成度 关于可编程 数字电子系统的实现方式 HYIT 17 PLD器件的分类——按编程工艺 4页 熔丝编程器件:由可以用电流熔断的熔丝组。 反熔丝编程器件——主要通过击穿介质达到连 通线路的目的。 SRAM型——大多数公司的FPGA器件 可反复编程,实现系统功能的动态重构 每次上电需重新下载,实际应用时需外挂EEPROM用于保存程序 EPROM型,EEPROM型——大多数CPLD器件 可反复编程 不用每次上电重新下载,但相对速度慢,功耗较大 18 HYIT PLD器件的分类——按集成度 可编程逻辑器件 低密度可编程逻辑器件 高密度可编程逻辑器件 (LDPLD) (HDPLD) PROM PLA PAL GAL EPLD CPLD FPGA HYIT 19 PROM A1 (Programmable Read Only Memory) 用PROM完成半加器逻辑阵列 完成半加器逻辑阵列 A1 A0 或阵列 (可编程) PROM表达的 表达的PLD图阵列 表达的 图阵列 A0 或阵列 (可编程) A0 A 0 A1 A 1 与阵列(固定) F1 F0 A0 A 0 A1 A 1 与阵列(固定) F1 F0 HYIT F 0 = A 0 A1 + A 0 A1 F 1 = A1 A 0 20 PROM 与阵列为全译码阵列, 器件的规模将随着输 入信号数量n的增加成 指数级增长。因此 PROM一般只用于数据 存储器,不适于实现 逻辑函数。 EPROM和EEPROM HYIT 21 PLA (Programmable Logic Array) 可编程逻辑阵列,它由 一个 “与”平面和一个 “或”平面构成,两个 平面均可编程的。 PLA的内部结构在简单 PLD中有最高的灵活性。 软件算法复杂,编程后 器件运行速度慢 B A 或阵列 (可编程) HYIT 与阵列 (可编程) Y 22 Z PAL (Programmable Array Logic ) 与阵列可编程使输 入项增多,或阵列 固定使器件简化。 简化了编程算法, 提高了运行速度。 输出I/O 方式单一; 一次可编程。 HYIT 23 GAL (Generic Array Logic) 与PAL器件的区别: 用可编程的输出逻 辑宏单元(OLMC) 代替固定的或阵列, 可实现输出方式编 程;采用EEPROM工 艺,能够电擦除重 复编程 GAL16V8,GAL22V10 逻辑宏单元 OLMC HYIT 24 早期PLD器件特点 早期PLD器件特点 可以实现速度特性较好的逻辑功能 简单的结构也使它们只能实现规模较小 的电路 解决出路:Altera和Xilinx分别推出了类似于PAL 结构的扩展型 CPLD(Complex Programmab1e Logic Dvice) 和与标准门阵列类似的 HYIT FPGA(Field Programmable Gate Array) 25 EPLD (Erasable PLD) 二十世纪八十年代中期,ALTERA(阿特 喇)公司推出了EPLD(Erasable PLD) 器件 EPLD器件比GAL器件有更高的集成度,采 用EPROM工艺或EEPROM工艺,可用紫外线 或电擦除,适用于较大规模的可编程电 路,也获得了广泛的应用。 HYIT 26 CPLD (Complex Programmable Logic Device) CPLD是基于乘积项(Product-Term)技 术,EEPROM(或Flash)工艺。 EEPROM工艺的CPLD密度小,多用于5,000 门以下的小规模设计,适合做复杂的组 合逻辑,如译码。 HYIT 27 CPLD内部结构(Altera的MAX7000S系列) 逻辑阵 列模块 I/O单元 连线资源 HYIT 逻辑阵列模块中包含多个宏单元 28 宏单元(Marocell ) 宏单元是PLD的基本结构,由它来实现基本的逻辑 功能。图中蓝色部分是多个宏单元的集合。 可编程连线(PIA) 可编程连线负责信号传递,连接所有的宏单元。 I/O控制块 I/O控制块负责输入输出的电气特性控制,比如可 以设定集电极开路输出,摆率控制,三态输出等。 HYIT 29 ? ? ? ? 常见系列: 1. xilinx的XC7300系列 2. altera的MAX7000系列 3. lattice的PLSI/ISPLSI1000系列 HYIT 30 Altera公司MAX7000系列 基本系列:低密度系列 EPM7032/V、7064、7096 增强型系列:高密度系列 EPM7128E、7160E、7196E、7256E 增强型系列:高密度带ISP功能系列 EPM7032S、7064S、7128S、7160S、7196S、7256S HYIT 31 FPGA (Field Programmable Gate Array) 基于查找表(Look-Up Table)技术 SRAM工艺。 SRAM工艺的FPGA,密度高,触发器多, 多用于10,000门以上的大规模设计 适合做复杂的时序逻辑,如数字信号处 理和各种算法。 HYIT 32 FLEX10K系列的框图 HYIT 33 FLEX10K的结构组成 EAB(包括RAM块) I/O块 LAB 可编程行/列连线—快速互联通道(Fast Track) HYIT 34 EAB 嵌入式阵列块:是在输入/输出口上带有寄存器的RAM块。嵌入 式阵列块(EAB)主要有RAM/ROM、触发器、数据选择器等组成。存 储器的地址线、数据线以及控制存储器的写入端都可以经过数据 选择器来决定是否经过触发器。 IOE I/O块:是内部逻辑资源和外部逻辑器件之间的接口。通 过编程,可以被配置成输入、输出或双向I/O。 LAB逻辑阵列块:每个逻辑阵列块由8个逻辑单元(LE)相连的进位 链和级联链、LAB控制信号以及LAB局部互连线组成。逻辑单 元(Logic Element)是FLEX10K器件的最小单元 。 Fast Track 快速互连通道:由遍及整个FLEX10K器件长、宽的一 系列行和列构成的连续式布线通道组成。采用这种布线结构 使设计的布线延时成为可预测的。 HYIT 35 LE的组成 1个查找表(Look Up Table,LUT) 1个可编程触发器 可以配置成D、T、JK、RS等触发器 1个进位链(Carry Chain) 用来实现逻辑单元之间快速进位功能。 1个级联链(Cascade Chain) 级联链是用来实现大于4个输入变量逻辑函数的结构。 级联链通过逻辑与和逻辑或将相邻的逻辑单元的输 出连接起来。 HYIT 36 LE (逻辑单元)的框图 HYIT 37 在FLEX10K中,一个LAB包括8个逻辑单元(LE),每个LE 包括一个LUT,一个触发器和相关的相关逻辑。LE是 FLEX10K芯片实现逻辑的最基本结构。LE的结构图如下 一页图所示 。 HYIT 38 CPLD与FPGA的区别 CPLD 内部结构 程序存储 资源类型 集成度 使用场合 速度 其他资源 保密性 Product-term 内部EEPROM 低 完成控制逻辑 快 - FPGA Look-up Table SRAM,外挂EEPROM 高 能完成比较复杂的算法 慢 EAB,锁相环 一般不能保密 39 组合电路资源丰富 触发器资源丰富 HYIT可加密 FPGA与CPLD的区别 FPGA采用SRAM进行功能配置,可重复编程,但 系统掉电后,SRAM中的数据丢失。因此,需在 FPGA外加EEPROM。 CPLD器件一般采用EEPROM存储技术,可重复编 程,并且系统掉电后,EEPROM中的数据不会丢 失,适于数据的保密。 HYIT 40 FPGA与CPLD的区别 FPGA器件含有丰富的触发器资源,易于实现时 序逻辑,如果要求实现较复杂的组合电路则需 要几个CLB结合起来实现。 CPLD的与或阵列结构,使其适于实现大规模的 组合功能,但触发器资源相对较少。 HYIT 41 FPGA与CPLD的区别 FPGA为细粒度结构,CPLD为粗粒度结构。FPGA 内部有丰富连线资源,CLB分块较小,芯片的 利用率较高。 CPLD的宏单元的与或阵列较大,通常不能完全 被应用,且宏单元之间主要通过高速数据通道 连接,其容量有限,限制了器件的灵活布线, 因此CPLD利用率较FPGA器件低。 HYIT 42 FPGA与CPLD的区别 FPGA为非连续式布线,CPLD为连续式布线。 FPGA器件在每次编程时实现的逻辑功能一样,但 走的路线不同,因此延时不易控制,要求开发软 件允许工程师对关键的路线给予限制。 CPLD每次布线路径一样,连续式互连结构消除了 分段式互连结构在定时上的差异,并在逻辑单元 之间提供快速且具有固定延时的通路。CPLD的延 时较小。 43 HYIT 使用说明: 使用FPGA/CPLD设计时,应该对芯片内部的各种底层 硬件资源,和可用的设计资源有一个较深刻的认 识。 比如FPGA一般触发器资源比较丰富,而CPLD组合逻 辑资源更丰富一些,这点直接影响着两者使用的 编码风格。 一般来说实时性要求高、频率快的功能模块适合使 用FPGA/CPLD实现。 HYIT 44 主要PLD生产厂家 主要PLD生产厂家 ? –最大的PLD供应商之一 ? –FPGA的发明者,最大的PLD供应 商之一 ? –ISP技术的发明者 ? –提供军品及宇航级产品 HYIT 45 全球CPLD/FPGA的产品60%以上是由Altera和 Xilinx提供的。 在欧洲用Xilinx的人多,在日本和亚太地区用 ALTERA的人多,在美国则是平分秋色。 HYIT 46 可编程逻辑器件的发展历程 EPLD 改 进 的 PLA GAL 器 件 器 件 PROM 和 器 件 PLA 70年代 年代 器 件 CPLD CPLD 器 件 HYIT 80年代 年代 FPGA 器 件 内嵌复杂 功能模块 的SoPC 90年代 年代 47 常见型号 ? ? ? ? ? ? ? CPLD的常见型号: 1. xilinx的XC7300系列 2. altera的MAX7000系列 3. lattice的PLSI/ISPLSI1000系列 FPGA的常见型号: 1. xilinx的XC4000系列 2. altera的FLEX10K系列 HYIT 48 关于可编程(programmability) 通过编程可配置的存储器/存储元件达到实现系统的 逻辑功能。 各种配置存储器的技术: 一次可编程(OTP):熔丝、反熔丝(Antifuse) 可重复编程:EEPROM、FLASH、SRAM HYIT 49 可编程的组合逻辑电路 基于乘积项的组合模块 与或阵列 2层逻辑 高扇入 基于查找表的组合模块 4~5个输入 较好的粒度结构 类似于ROM的功能 HYIT 50 可编程的触发器(Registers) 触发器一般指D触发器 触发器的可编程是指对clk、en、clear、preset进行编 程。 HYIT 51 其它可编程的资源 可编程的连线 开关元件 全局连线 …… 可编程的I/O 方向 三态 IO锁存 …… HYIT 52 数字电子系统的实现方式 硬件 数字 电子 系统 实现 硬件+ 硬件+软件 可编程硬件 HYIT 53 小 结 EDA概述 EDA概述 EDA是什么?主要内容是什么? EDA是什么?主要内容是什么? 可编程器件 PROM→PLA → PAL → GAL CPLD → FPGA CPLD 和 FPGA的区别 FPGA的区别 HYIT 54 ★ 作业 HYIT 55 (备用)MATLAB HYIT 56 EDA的发展历程 EDA的发展历程 传统手工方法 电子 系统 设计 缺点: 选择器件→电路板设计→ 选择器件→电路板设计→构成系统 CAD 1)复杂电路的设计、调试十分困难。 EDA技术的发展 EDA技术的发展 CAE 2)如果某一过程存在错误,查找和修改十分不便。 3)设计过程中产生大量文档,不易管理。 EDA 4)对于集成电路设计而言,设计实现过程与具体生 产工艺直接相关,因此可移植性差。 57 5)只有设计出样机或生产出芯片后才能进行实测。 HYIT 2. 设计过程 理论设计——采用自上而下的设计方法; 实际制作——采购器件、设计印刷电路板,装配、调试; 各种文档资料整理——设计报告、测试报告、使用说明书等。 应该说明的是: 以上的设计过程主要是非智能型电子系统传统的、手工的设计 过程; 对于智能型电子系统应包括有软、硬件两部分,设计开始时就 应该有一个软、硬件分工的安排,然后再分别进行硬件设计和软 件设计; 现代的设计方法是使用EDA软件工具进行电子系统设计。 HYIT 58北京赛车规则

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