基于VHDL的8255可编程并行扩展接口芯片设计

基于VHDL的8255可编程并行扩展接口芯片设计 第1章 绪论近年，数字化进程的不断加快，推动了具有高速度，高集成度，低功耗的可编程ASIC器件的发展，同时也推动了用于开发这类器件的EDA技术发展和进步，电路设计构成逐步地从中，小规模芯片转为大规模，超大规模（LSI，VLSI）芯片，因此掌握EDA设计技术，使用可编程大规模，超大规模（LSI，VLSI）芯片已经成为从事电子设计人员必须具有的基本能力。 1.1 可编程ASIC器件选择在电路设计中使用可变成ASIC期间，简单地说就是用大规模，超大规模（LSI，VLSI）芯片来代替中，小规模的芯片。在设计中主要依据芯片的内部结构，性能来选择器件。在EDA技术中所使用的大规模，超大规模（LSI，VLSI）芯片被称为可编程ASIC芯片，这些芯片包含有通用的逻辑资源，经过设计编程，就可以实现所需的功能。这些芯片根据其内部结构可划分为CPLD（Complex Progrannable Logic Device）和FPGA（Field Programmable Gate Array）.CPLD是复杂可编程逻辑器件的简称，起结构与早期的PAL，GAL相似，内部包含多个逻辑宏单元或宏模块；FPGA是现场可编程门阵列的简称。 CPLD的内部结构是基于乘积项（Product-Term）技术的可编程ASIC芯片。代表的器件有Altera公司的MAX7000系列和Xilinx公司的XC9500系列等等。MAX7000S系列的基本编程结构是由逻辑阵列，乘积项选择矩阵和可编程触发器构成的，这三部分都可以通过编程配置实现各种逻辑功能。不同型号器件中所包含的基本编程单元结构相似，但包含基本单元的数量多少不等，即它们的容量不同。CPLD的编程信息是采用E2CMOS工艺实现的，这种工艺具有非易失性，编程数据可以保持数十年，此类器件只能对其进行有限次（几千次）编程。另外，可以对器件进行加密，而且一旦被加密，很难破解。 FPGA的内部结构是基于查找表（LUT）技术的可编程ASIC芯片。代表性的器件有Altera公司的FLEX，ACEX，APEX系列和Xilinx公司的XC4000，Spartan,Virtex系列等等。一个CLB由两个独立的4输入的查找表就是一个16*1RAM单元，通过编程可以实现4输入变量的任意逻辑函数。CLB内部的两个触发器通过编程，可以配置成不同类型的触发器。图2中的梯形符号均为可编程的数据选择器符号，对这些数据选择器的控制端编程，就可以改变CLB的配置结构，进而实现对器件的编程控制。数据选择器的选择控制端是由SRAM控制的，也就是说FPGA的编程信息是通过SRAM实现的。由于器件掉电后，SRAM中的数据会丢失，因此，设计中需要根据情况为器件提供上电配置的电路，以保证上电后器件可以正常工作。配置FPGA的数据是存储在非易失数据存储器中的，使用时不便对其加密。 CPLD内部具有大量的乘积项和较少的触发器，而FPGA正好相反，其内部具有较少的组合逻辑资源和较多的触发器。当设计中组合逻辑电路成分较多，而时序电路成分较少的电路时，或者需要很好的加密功能时，选择CPLD比较适合，例如设计宽译码器和复杂编码器时，最好选择CPLD。当我们要设计功能较为复杂的时序电路时，由于复杂的时序电路需要大量的触发器单元，例如设计ALU，选择FPGA则比较适合。 1.2 EDA开发系统选择