PLD設(shè)計工具分析

PLD（Programmable Logic Device）是一種由用戶根據(jù)需要而自行構(gòu)造邏輯功能的數(shù)字集成電路。目前主要有兩大類型：CPLD（Complex PLD）和FPGA（Field Programmable Gate Array）。它們的基本設(shè)計方法是借助于EDA軟件，用原理圖、狀態(tài)機、布爾表達(dá)式、硬件描述語言等方法，生成相應(yīng)的目標(biāo)文件，最后用編程器或下載電纜，由目標(biāo)器件實現(xiàn)。生產(chǎn)PLD的廠家很多，但最有代表性的PLD廠家為Altera、Xilinx和Lattice公司。

PLD的開發(fā)工具一般由器件生產(chǎn)廠家提供，但隨著器件規(guī)模的不斷增加，軟件的復(fù)雜性也隨之提高，目前由專門的軟件公司與器件生產(chǎn)廠家使用，推出功能強大的設(shè)計軟件。

過去， PLD的用戶喜愛MAX+PLUS II的集成化特點（一個完全集成的設(shè)計實體，包括設(shè)計輸入、綜合、仿真、布局布線和時序分析），今天，同樣還是那些用戶，卻要求最佳的綜合工具、最佳的仿真工具和最佳的時序分析工具。PLD布局布線工具必須以某種方式滿足這些不斷變化的要求，這種方式使得整個設(shè)計方法在方向上更加以專用集成電路（ASIC）為中心。如果這種新的PLD設(shè)計方法正確地構(gòu)造出來，它將比ASIC技術(shù)更快地促進(jìn)IP內(nèi)核的應(yīng)用，并且，支持只有可編程技術(shù)才能提供的靈活性和定制能力。

現(xiàn)在，在高密度器件中使用IP內(nèi)核已經(jīng)是非常普遍的做法。盡管用戶使用總線接口功能（如 66 MHz的PCI總線）和DSP功能（如FIR濾波器）已經(jīng)有幾年的時間，IP內(nèi)核的應(yīng)用最近又出現(xiàn)了三個基本的變化。首先是現(xiàn)在的專用編程器具有強大的功能和靈活性。例如，新的FIR編譯器包含了一個支持4比特到32比特系數(shù)精度的內(nèi)置系數(shù)生成器，可以設(shè)計任何抽頭數(shù)目的濾波器。該編譯器還支持樣點的等間隔舍入、內(nèi)插以及串行和并行的算法結(jié)構(gòu)選項，從而使用戶可以按照自己的性能和布局面積要求優(yōu)化濾波器，并且，可以容易地修改和重新評價濾波器以滿足系統(tǒng)的要求。

下面介紹主要器件生產(chǎn)廠家和開發(fā)工具。

①ALTERA：20世紀(jì)90年代以后發(fā)展很快。主要產(chǎn)品有：MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其開發(fā)工具-MAX+PLUS II是較成功的PLD開發(fā)平臺，最新又推出了Quartus II開發(fā)軟件。Altera公司提供較多形式的設(shè)計輸入手段，綁定第三方VHDL綜合工具，如：綜合軟件FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真軟件ModelSim。

②XILINX：FPGA的發(fā)明者。產(chǎn)品種類較全，主要有：XC9500/4000、Coolrunner（XPLA3）、Spartan、Vertex等系列，其最大的Vertex-II Pro器件已達(dá)到800萬門。開發(fā)軟件為Foundation和ISE。通常來說，在歐洲用Xilinx的人多，在日本和亞太地區(qū)用ALTERA的人多，在美國則是平分秋色。全球PLD/FPGA產(chǎn)品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以講Altera和Xilinx共同決定了PLD技術(shù)的發(fā)展方向。

③Lattice-Vantis：Lattice是ISP（In-System Programmability）技術(shù)的發(fā)明者。ISP技術(shù)極大地促進(jìn)了PLD產(chǎn)品的發(fā)展，與ALTERA和XILINX相比，其開發(fā)工具比Altera和Xilinx略遜一籌。中小規(guī)模PLD比較有特色，大規(guī)模PLD的競爭力還不夠強（Lattice沒有基于查找表技術(shù)的大規(guī)模FPGA），1999年推出可編程模擬器件，1999年收購Vantis（原AMD子公司），成為第三大可編程邏輯器件供應(yīng)商。2001年12月收購Agere公司（原Lucent微電子部）的FPGA部門。主要產(chǎn)品有ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5。

④ACTEL：反熔絲（一次性燒寫）PLD的領(lǐng)導(dǎo)者。由于反熔絲PLD抗輻射、耐高低溫、功耗低、速度快，所以在軍品和宇航級上有較大優(yōu)勢。ALTERA和XILINX則一般不涉足軍品和宇航級市場。

⑤Quicklogic：專業(yè)PLD/FPGA公司，以一次性反熔絲工藝為主，在中國地區(qū)銷售量不大。

⑥Lucent：主要特點是有不少用于通訊領(lǐng)域的專用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要業(yè)務(wù)，在中國地區(qū)使用的人很少。

⑦ATMEL：中小規(guī)模PLD做得不錯。ATMEL也做了一些與Altera和Xilinx兼容的片子，但在品質(zhì)上與原廠家還是有一些差距，在高可靠性產(chǎn)品中使用較少，多用在低端產(chǎn)品上。

⑧Clear Logic：生產(chǎn)與一些著名PLD/FPGA大公司兼容的芯片，這種芯片可將用戶的設(shè)計一次性固化，不可編程，批量生產(chǎn)時的成本較低。

⑨WSI：生產(chǎn)PSD（單片機可編程外圍芯片）產(chǎn)品。這是一種特殊的PLD，如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash，并支持ISP（在線編程），集成度高，主要用于配合單片機工作。

順便提一下：PLD（可編程邏輯器件）是一種可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型電路，只要有數(shù)字電路基礎(chǔ)，會使用計算機，就可以進(jìn)行PLD的開發(fā)。PLD的在線編程能力和強大的開發(fā)軟件，使工程師可以幾天，甚至幾分鐘內(nèi)就可完成以往幾周才能完成的工作，并可將數(shù)百萬門的復(fù)雜設(shè)計集成在一顆芯片內(nèi)。PLD技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已成為電子工程師必備的技術(shù)。