简析PLD的分类及其优点

本文主要描述可编程逻辑器件的类型及其优点，希望能给初学者们一点帮助。可编程逻辑器件的英文全称为：programmable logic device 即PLD。PLD是做为一种通用集成电路产生的，它的逻辑功能按照用户对器件编程来确定。一般的PLD的集成度很高，足以满足设计一般的数字系统的需要。这样就可以由设计人员自行编程而把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不必去请芯片制造厂商设计和制作专用的集成电路芯片了。

可编程逻辑器件的两种类型：CPLD和FPGA

可编程逻辑器件的两种主要类型是现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。

在这两类可编程逻辑器件中，FPGA提供了最高的逻辑密度、最丰富的特性和最高的性能。 现在最新的FPGA器件，如Xilinx Virtex?系列中的部分器件，可提供八百万"系统门"(相对逻辑密度)。 这些先进的器件还提供诸如内建的硬连线处理器(如IBM Power PC)、大容量存储器、时钟管理系统等特性，并支持多种最新的超快速器件至器件(device-to-device)信号技术。 FPGA被应用于范围广泛的应用中，从数据处理和存储，以及到仪器仪表、电信和数字信号处理等。

与此相比，CPLD提供的逻辑资源少得多 - 最高约1万门。 但是，CPLD提供了非常好的可预测性，因此对于关键的控制应用非常理想。 而且如Xilinx CoolRunner?系列CPLD器件需要的功耗极低。

PLD的优点

固定逻辑器件和可编程逻辑器件各有自己的优点。 例如，固定逻辑设计经常更适合大批量应用，因为它们可更为经济地大批量生产。 对有些需要极高性能的应用，固定逻辑也可能是最佳的选择。

然而，可编程逻辑器件提供了一些优于固定逻辑器件的重要优点，包括：

可编程逻辑器件不需要漫长的前置时间来制造原型或正式产品 - 可编程逻辑器件已经放在分销商的货架上并可随时付运。

可编程逻辑器件在设计过程中为客户提供了更大的灵活性，因为对于可编程逻辑器件来说，设计反复只需要简单地改变编程文件就可以了，而且设计改变的结果可立即在工作器件中看到。

可编程逻辑器件允许客户在需要时仅订购所需要的数量，从而使客户可控制库存。 采用固定逻辑器件的客户经常会面临需要废弃的过量库存，而当对其产品的需求高涨时，他们又可能为器件供货不足所苦，并且不得不面对生产延迟的现实。

可编程逻辑器件不需要客户支付高昂的NRE成本和购买昂贵的掩模组- 可编程逻辑器件供应商在设计其可编程器件时已经支付了这些成本，并且可通过PLD产品线延续多年的生命期来分摊这些成本。

可编程逻辑器件甚至在设备付运到客户那儿以后还可以重新编程。 事实上，由于有了可编程逻辑器件，一些设备制造商现在正在尝试为已经安装在现场的产品增加新功能或者进行升级。 要实现这一点，只需要通过因特网将新的编程文件上载到PLD就可以在系统中创建出新的硬件逻辑。

过去几年时间里，可编程逻辑供应商取得了巨大的技术进步，以致现在可编程逻辑器件被众多设计人员视为是逻辑解决方案的当然之选。

能够实现这一点的重要原因之一是象Xilinx这样的可编程逻辑器件供应商是"无晶圆制造厂"企业，并不直接拥有芯片制造工厂，Xilinx将芯片制造工作外包给IBM Microelectronics 和 UMC这样的主要业务就是制造芯片的合作伙伴。 这一策略使Xilinx可以集中精力设计新产品结构、软件工具和IP核心，同时还可以利用最先进的半导体制造工艺技术。 先进的工艺技术在一系列关键领域为PLD提供了帮助：更快的性能、集成更多功能、降低功耗和成本等。 目前Xilinx采用先进的0.13um 低K铜金属工艺生产可编程逻辑器件，这也是业界最好的工艺之一。

例如，仅仅数年前，最大规模的FPGA器件也仅仅为数万系统门，工作在40 MHz。 过去的FPGA也相对较贵，当时最先进的FPGA器件大约要150美元。 然而，今天具有最先进特性的FPGA可提供百万门的逻辑容量、工作在300 MHz，成本低至不到10美元，并且还提供了更高水平的集成特性，如处理器和存储器。

同样重要的是，PLD现在有越来越多的知识产权(IP)核心库的支持 - 用户可利用这些预定义和预测试的软件模块在PLD内迅速实现系统功能。 IP核心包括从复杂数字信号处理算法和存储器控制器直到总线接口和成熟的软件微处理器在内的一切。 此类IP核心为客户节约了大量时间和费用 - 否则，用户可能需要数月的时间才能实现这些功能，而且还会进一步延迟产品推向市场的时间。