PLD應(yīng)用的方方面面

可編程邏輯器件(PLD)是由用戶進行編程從而實現(xiàn)所需邏輯功能的數(shù)字集成電路（IC），利用PLD內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)任何布爾表達式或者寄存器函數(shù)。PLD是在ASIC設(shè)計的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在未來三年內(nèi)，PLD將成為世界半導(dǎo)體產(chǎn)品市場上發(fā)展最快的領(lǐng)域。

可編程技術(shù)的實現(xiàn)途徑通常可以分成兩種：

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，即通過電路內(nèi)部的可熔化的金屬連線來連接電路內(nèi)部，然后借助一定的電流把適當(dāng)?shù)倪B線熔化，以便達到可編程之目的，這種技術(shù)現(xiàn)在仍然在簡單可編程邏輯器件(SPLD)中得到應(yīng)用；所謂反熔絲編程，則是通過在電路中的兩層金屬和它們之間的無定形硅連接，通過一定的電流后，就可以形成電流通路，這種在電路編程時形成的連線通常非常細小，其電阻率很低，這種方法一般要求芯片內(nèi)擁有大量的可編程晶體管，才能實現(xiàn)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，無需在電源啟動后重新載入程序。

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(yīng)用，可用于SPLD，也可用于復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)。

PLD技術(shù)的運用，能夠使設(shè)計工程師們借助PLD高速實現(xiàn)和修改功能性硬件，以極短的時間推出原型，進而實現(xiàn)Internet的遠距離控制；與此同時，由于PLD所具有的靈活性，使產(chǎn)品極容易適應(yīng)各種不同的應(yīng)用領(lǐng)域，極容易由用戶自行配置，使其在維持硬件原有水平的同時，能夠根據(jù)實際的需要或者變化進行調(diào)整。因此，PLD 技術(shù)在相當(dāng)多的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。例如TTL等標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC，僅能提供特定的邏輯，不能由用戶根據(jù)具體設(shè)計的需要進行必要的修改。IC制造廠商向市場推出已經(jīng)封裝好的PLD芯片之后，其邏輯功能依然可以由用戶采用電子設(shè)計自動化(EDA)工具進行調(diào)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，這種PLD芯片可供用戶將自己設(shè)計的電路寫入芯片，使其成為 ASIC，能夠滿足用戶的需求，因此，這種PLD芯片無論對廠商和用戶都大有好處。

PortalPlayer公司成立于1999年6月，主要提供端到端數(shù)字媒體基礎(chǔ)構(gòu)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(biāo)是在一年內(nèi)推出MP3的系統(tǒng)方案，這套方案包括播放器ASIC，播放器硬件和PC應(yīng)用軟件。PortalPlayer 設(shè)計工程師面臨的最大挑戰(zhàn)是在一年內(nèi)實現(xiàn)以下任務(wù)：(1)創(chuàng)建百萬門以上的ASIC設(shè)計，(2) 在進行ASIC投片之前的設(shè)計驗證 (3)開發(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個目標(biāo)。首先，在設(shè)計中，PortalPlayer 決定廣泛采用已生成IP，這樣他們的內(nèi)部設(shè)計小組能夠?qū)Ｐ闹铝τ谧约旱膬?nèi)核研制，全面縮短設(shè)計開發(fā)時間。他們通過多種渠道獲得包括32位RISC處理器等的IP塊，包括PLD廠商的IP。

PortalPlayer設(shè)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：40萬門，APEX 20K400，首要目標(biāo)是制作一個設(shè)計原始版本。雖然完整的ASIC設(shè)計并不適合于APEX器件實現(xiàn) ，但是 MP3 播放技術(shù)的核心足以展示PortalPlayer體系的基本操作。這個設(shè)計大約需要10萬門，占用APEX器件25%資源。他們在短短一個月內(nèi)建立了一個硬件平臺。緊接著，PortalPlayer設(shè)計小組采用PLD技術(shù)驗證ASIC結(jié)構(gòu)中的其余部分。既然完整的ASIC設(shè)計比APEX器件要大，該小組分別實現(xiàn)并驗證設(shè)計的各個部分，測試相關(guān)模塊之間的互操作性。盡管不能在APEX器件內(nèi)測試模擬部分，但 70% 以上是由PLD驗證的，由于采用PLD技術(shù)進行驗證，使整個設(shè)計周期縮短了5個月，大大節(jié)省了開發(fā)時間。

NetScreen Technologies公司是一家Internet安全設(shè)備制造商，這家公司在設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)與Internet有關(guān)的防火墻以及虛擬專用網(wǎng)(VPN)的硬件產(chǎn)品時，采用了PLD 技術(shù)。由于速度是大多數(shù)重要設(shè)計的目標(biāo)之一，因此， NetScreen Technologies公司以速度為標(biāo)準(zhǔn)選擇PLD。

NetScreen Technologies公司選擇了具有大規(guī)模嵌入存儲結(jié)構(gòu)和快速訪問時間的PLD。據(jù)他們估計，PLD和ASIC結(jié)合使用為其節(jié)省了近一個月的開發(fā)時間，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(shè)計移植到專用設(shè)備上，以便最大可能地降低費用。他們的設(shè)計小組仍舊依賴于可編程邏輯盡快實現(xiàn)ASIC的原型，其中一些需要現(xiàn)場配置的PLD產(chǎn)品仍然依靠著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(jù)不同的操作環(huán)境，如標(biāo)準(zhǔn)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音、 數(shù)據(jù)和視頻系統(tǒng)的寬帶通信系統(tǒng)生產(chǎn)廠商。該廠商借助PLD技術(shù)將靈活性和可重配置性融入自己的產(chǎn)品中，使其在有線數(shù)據(jù)接入市場上與眾不同。有線數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)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(diào)制解調(diào)器(modem)用戶的數(shù)量、時間和使用類型都是動態(tài)變化的。Cable modem 系統(tǒng)通常包括兩類部件：線纜調(diào)制解調(diào)器(cable modem)和線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng) CMTS(cable modem termination system)。CMTS由接入服務(wù)商提供，從而形成從調(diào)制解調(diào)器用戶到路由器、交換器或?qū)Ｓ霉歉删W(wǎng)的鏈路。隨著網(wǎng)絡(luò)通信的迅猛發(fā)展，對設(shè)備提出了更高的靈活性要求，Terayon的產(chǎn)品在設(shè)計、開發(fā)和生產(chǎn)過程中采用PLD技術(shù)，實現(xiàn)了產(chǎn)品的高度靈活性。Terayon的產(chǎn)品極容易由用戶自行配置，使其在維持硬件原有水平的同時，能夠根據(jù)實際的需要或者變化進行調(diào)整。因此，Terayon 的產(chǎn)品深受用戶青睞。

PLD是從70年代開始起步的新型邏輯器件，80年代得到了較快的發(fā)展，應(yīng)用增加，90年代以來，PLD成為世界半導(dǎo)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，隨著PLD技術(shù)的不斷發(fā)展，PLD的規(guī)模也不斷擴大。最近兩年速度更是驚人，前幾年P(guān)LD器件僅有幾萬門，目前已經(jīng)高達數(shù)百萬系統(tǒng)門甚至上千萬系統(tǒng)門。

與此同時，隨著集成度的不斷提高，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?qū)崿F(xiàn)一些簡單的邏輯功能，而現(xiàn)在已經(jīng)逐漸把DSP、MCU、存儲器及應(yīng)用接口等集成到PLD中，使得PLD功能大為增強，并且逐漸轉(zhuǎn)向可編程系統(tǒng)芯片(SOPC)，在可編程邏輯芯片上直接實現(xiàn)系統(tǒng)集成。目前，PLD 產(chǎn)品的速度通常都能夠基本上滿足一般系統(tǒng)的設(shè)計要求。一旦用戶將所有主要的功能塊集成之后，可以很方便地隨著標(biāo)準(zhǔn)改變而重新配置，從而能夠大大縮短開發(fā)周期，并且降低開發(fā)成本。

隨著Internet用戶的爆炸式增長和Internet技術(shù)的迅猛發(fā)展，遠程配置系統(tǒng)的市場需求量越來越大，世界頂級PLD廠商正在適應(yīng)市場的新需求，開始提出并完善多種多樣的PLD遠程控制方案，這些新方案將會在網(wǎng)絡(luò)通信、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等方面得到越來越多的應(yīng)用，從而使協(xié)議的升級更新能夠更快地完成，工程師們無需到現(xiàn)場，而是遠程控制操作，不僅節(jié)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市場上，各種PLD產(chǎn)品之間的競爭日趨激烈，隨著FPGA產(chǎn)品性能的不斷提高，正逐漸蠶食ASIC市場，然而，F(xiàn)PGA 的低端市場卻由于CPLD的發(fā)展而受到強烈的沖擊，CPLD產(chǎn)品已經(jīng)開始逐漸取代FPGA 低端產(chǎn)品。

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