PLD應用的方方面面

可編程邏輯器件(PLD)是由用戶(hù)進(jìn)行編程從而實(shí)現所需邏輯功能的數字集成電路（IC），利用PLD內部的邏輯結構可以實(shí)現任何布爾表達式或者寄存器函數。PLD是在ASIC設計的基礎上發(fā)展起來(lái)的。在未來(lái)三年內，PLD將成為世界半導體產(chǎn)品市場(chǎng)上發(fā)展最快的領(lǐng)域。

可編程技術(shù)的實(shí)現途徑通?？梢苑殖蓛煞N：

1、 一次編程OTP

(One Time Programmable)；

2、可再編程

(Re-programmable)。

熔絲編程和反熔絲編程都屬于OTP技術(shù)。所謂熔絲編程，即通過(guò)電路內部的可熔化的金屬連線(xiàn)來(lái)連接電路內部，然后借助一定的電流把適當的連線(xiàn)熔化，以便達到可編程之目的，這種技術(shù)現在仍然在簡(jiǎn)單可編程邏輯器件(SPLD)中得到應用；所謂反熔絲編程，則是通過(guò)在電路中的兩層金屬和它們之間的無(wú)定形硅連接，通過(guò)一定的電流后，就可以形成電流通路，這種在電路編程時(shí)形成的連線(xiàn)通常非常細小，其電阻率很低，這種方法一般要求芯片內擁有大量的可編程晶體管，才能實(shí)現一定的功能。目前，Actel和 QuickLogic的FPGA產(chǎn)品中都采用這種技術(shù)。這種技術(shù)使其在電源關(guān)閉之后程序仍然可以保留在電路中，無(wú)需在電源啟動(dòng)后重新載入程序。

目前 ，最引人注目的編程技術(shù)是基于EPROM(Electrically Programmable Read- Only Memory)技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)在Cypress、Atmel、Xilinx、Altera和ICT公司等多種產(chǎn)品中得到廣泛應用，可用于SPLD，也可用于復雜可編程邏輯器件(CPLD)。

PLD技術(shù)的運用，能夠使設計工程師們借助PLD高速實(shí)現和修改功能性硬件，以極短的時(shí)間推出原型，進(jìn)而實(shí)現Internet的遠距離控制；與此同時(shí)，由于PLD所具有的靈活性，使產(chǎn)品極容易適應各種不同的應用領(lǐng)域，極容易由用戶(hù)自行配置，使其在維持硬件原有水平的同時(shí)，能夠根據實(shí)際的需要或者變化進(jìn)行調整。因此，PLD 技術(shù)在相當多的領(lǐng)域得到了廣泛的應用。例如TTL等標準邏輯IC，僅能提供特定的邏輯，不能由用戶(hù)根據具體設計的需要進(jìn)行必要的修改。IC制造廠(chǎng)商向市場(chǎng)推出已經(jīng)封裝好的PLD芯片之后，其邏輯功能依然可以由用戶(hù)采用電子設計自動(dòng)化(EDA)工具進(jìn)行調整和修改。這種PLD芯片作為一種通用芯片，可以大批量制造以便降低生產(chǎn)成本；與此同時(shí)，這種PLD芯片可供用戶(hù)將自己設計的電路寫(xiě)入芯片，使其成為 ASIC，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，因此，這種PLD芯片無(wú)論對廠(chǎng)商和用戶(hù)都大有好處。

PortalPlayer公司成立于1999年6月，主要提供端到端數字媒體基礎構件的解決方案，目前該公司從事MP3相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，其目標是在一年內推出MP3的系統方案，這套方案包括播放器ASIC，播放器硬件和PC應用軟件。PortalPlayer 設計工程師面臨的最大挑戰是在一年內實(shí)現以下任務(wù)：(1)創(chuàng )建百萬(wàn)門(mén)以上的ASIC設計，(2) 在進(jìn)行ASIC投片之前的設計驗證 (3)開(kāi)發(fā)相關(guān)的硬件和軟件。他們早就確定采用PLD幫助自己完成這3個(gè)目標。首先，在設計中，PortalPlayer 決定廣泛采用已生成IP，這樣他們的內部設計小組能夠專(zhuān)心致力于自己的內核研制，全面縮短設計開(kāi)發(fā)時(shí)間。他們通過(guò)多種渠道獲得包括32位RISC處理器等的IP塊，包括PLD廠(chǎng)商的IP。

PortalPlayer設計工程師需要的硬件方案接近最終ASIC的性能，他們選擇在最高速度下運行狀態(tài)最佳的PLD：40萬(wàn)門(mén)，APEX 20K400，首要目標是制作一個(gè)設計原始版本。雖然完整的ASIC設計并不適合于APEX器件實(shí)現 ，但是 MP3 播放技術(shù)的核心足以展示PortalPlayer體系的基本操作。這個(gè)設計大約需要10萬(wàn)門(mén)，占用APEX器件25%資源。他們在短短一個(gè)月內建立了一個(gè)硬件平臺。緊接著(zhù)，PortalPlayer設計小組采用PLD技術(shù)驗證ASIC結構中的其余部分。既然完整的ASIC設計比APEX器件要大，該小組分別實(shí)現并驗證設計的各個(gè)部分，測試相關(guān)模塊之間的互操作性。盡管不能在APEX器件內測試模擬部分，但 70% 以上是由PLD驗證的，由于采用PLD技術(shù)進(jìn)行驗證，使整個(gè)設計周期縮短了5個(gè)月，大大節省了開(kāi)發(fā)時(shí)間。

NetScreen Technologies公司是一家Internet安全設備制造商，這家公司在設計、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)與Internet有關(guān)的防火墻以及虛擬專(zhuān)用網(wǎng)(VPN)的硬件產(chǎn)品時(shí)，采用了PLD 技術(shù)。由于速度是大多數重要設計的目標之一，因此， NetScreen Technologies公司以速度為標準選擇PLD。

NetScreen Technologies公司選擇了具有大規模嵌入存儲結構和快速訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間的PLD。據他們估計，PLD和ASIC結合使用為其節省了近一個(gè)月的開(kāi)發(fā)時(shí)間，使其能夠為他們的產(chǎn)品增加可重配置性。

目前，NetScreen已將一些PLD的設計移植到專(zhuān)用設備上，以便最大可能地降低費用。他們的設計小組仍舊依賴(lài)于可編程邏輯盡快實(shí)現ASIC的原型，其中一些需要現場(chǎng)配置的PLD產(chǎn)品仍然依靠著(zhù)可編程器件的靈活性。這種可配置性使得NetScreen產(chǎn)品可以在硬件中根據不同的操作環(huán)境，如標準的更新或黑客攻擊方式的改變而修改更高層的功能。

Terayon Communication Systems公司是一家致力于寬帶語(yǔ)音、 數據和視頻系統的寬帶通信系統生產(chǎn)廠(chǎng)商。該廠(chǎng)商借助PLD技術(shù)將靈活性和可重配置性融入自己的產(chǎn)品中，使其在有線(xiàn)數據接入市場(chǎng)上與眾不同。有線(xiàn)數據接入系統中保持QoS(服務(wù)質(zhì)量)往往存在許多難題，例如，各種不同款式的調制解調器(modem)用戶(hù)的數量、時(shí)間和使用類(lèi)型都是動(dòng)態(tài)變化的。Cable modem 系統通常包括兩類(lèi)部件：線(xiàn)纜調制解調器(cable modem)和線(xiàn)纜調制解調器終端系統 CMTS(cable modem termination system)。CMTS由接入服務(wù)商提供，從而形成從調制解調器用戶(hù)到路由器、交換器或專(zhuān)用骨干網(wǎng)的鏈路。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )通信的迅猛發(fā)展，對設備提出了更高的靈活性要求，Terayon的產(chǎn)品在設計、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中采用PLD技術(shù)，實(shí)現了產(chǎn)品的高度靈活性。Terayon的產(chǎn)品極容易由用戶(hù)自行配置，使其在維持硬件原有水平的同時(shí)，能夠根據實(shí)際的需要或者變化進(jìn)行調整。因此，Terayon 的產(chǎn)品深受用戶(hù)青睞。

PLD是從70年代開(kāi)始起步的新型邏輯器件，80年代得到了較快的發(fā)展，應用增加，90年代以來(lái)，PLD成為世界半導體業(yè)發(fā)展最快的產(chǎn)品之一。

早期的PLD產(chǎn)品僅有幾百門(mén)，隨著(zhù)PLD技術(shù)的不斷發(fā)展，PLD的規模也不斷擴大。最近兩年速度更是驚人，前幾年P(guān)LD器件僅有幾萬(wàn)門(mén)，目前已經(jīng)高達數百萬(wàn)系統門(mén)甚至上千萬(wàn)系統門(mén)。

與此同時(shí)，隨著(zhù)集成度的不斷提高，PLD產(chǎn)品的性能大為改善，功能也不斷增多。早期的PLD產(chǎn)品僅能夠實(shí)現一些簡(jiǎn)單的邏輯功能，而現在已經(jīng)逐漸把DSP、MCU、存儲器及應用接口等集成到PLD中，使得PLD功能大為增強，并且逐漸轉向可編程系統芯片(SOPC)，在可編程邏輯芯片上直接實(shí)現系統集成。目前，PLD 產(chǎn)品的速度通常都能夠基本上滿(mǎn)足一般系統的設計要求。一旦用戶(hù)將所有主要的功能塊集成之后，可以很方便地隨著(zhù)標準改變而重新配置，從而能夠大大縮短開(kāi)發(fā)周期，并且降低開(kāi)發(fā)成本。

隨著(zhù)Internet用戶(hù)的爆炸式增長(cháng)和Internet技術(shù)的迅猛發(fā)展，遠程配置系統的市場(chǎng)需求量越來(lái)越大，世界頂級PLD廠(chǎng)商正在適應市場(chǎng)的新需求，開(kāi)始提出并完善多種多樣的PLD遠程控制方案，這些新方案將會(huì )在網(wǎng)絡(luò )通信、網(wǎng)絡(luò )設備等方面得到越來(lái)越多的應用，從而使協(xié)議的升級更新能夠更快地完成，工程師們無(wú)需到現場(chǎng)，而是遠程控制操作，不僅節省了大量的人力物力財力，而且也大大加快了升級速度。

目前，世界PLD市場(chǎng)上，各種PLD產(chǎn)品之間的競爭日趨激烈，隨著(zhù)FPGA產(chǎn)品性能的不斷提高，正逐漸蠶食ASIC市場(chǎng)，然而，FPGA 的低端市場(chǎng)卻由于CPLD的發(fā)展而受到強烈的沖擊，CPLD產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始逐漸取代FPGA 低端產(chǎn)品。

Dataquest目前新發(fā)布的一份預測報告顯示，到2003年，世界PLD市場(chǎng)將呈現ASIC、FPGA和CPLD三足鼎立、龍爭虎斗的局面?！?/font>