CPLD 更新时间：2011-05-27 20:10

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CPLD (Complex Programmable Logic Device)直译的话称为复杂可编程逻辑芯片。它也属于大规模集成电路LSI (Large Scale Integrated Circuit)里的专用集成电路ASIC (ApplicatiON Specific Integrated Circuit)。适合控制密集型数字型数字系统设计，其时延控制方便。CPLD是目前集成电路中发展最快的器件之一。

CPLD的组成

• 复杂的可编程逻辑器件CPLD规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。

  CPLD有五个主要部分：逻辑阵列块、宏单元、扩展乘积项、可编程连线阵列和I/O控制块。

  1．逻辑阵列块（LAB）

  一个逻辑阵列块由16个宏单元的阵列组成，多个LAB通过可编程阵列(PIA)和全局总线连接在一起。全局总线从所有的专用输入、I/O引脚和宏单元馈入信号。对于每个LAB有下列输入信号。

  来自作为通用逻辑输入的PIA的36个信号

  全局控制信号，用于寄存器辅助功能

  从I/O引脚到寄存器的直接输入通道

  ．宏单元

  MAX7000系列中的宏单元由3个功能块组成：逻辑阵列、乘积项选择矩阵和可编程寄存器。各部分可以被独自配置为时序逻辑和组合逻辑工作方式。其中逻辑阵列实现组合逻辑，可以为每个宏单元提供5个乘积项。乘积项选择矩阵分配这些乘积项作为到“或门”和“异或门”的主要逻辑输入，以实现组合逻辑函数，或者把这些乘积项作为宏单元中寄存器的辅助输入：如清零、置位、时钟和时钟使能控制。

  每个宏单元中的触发器可以单独地编程为具有可编程时钟控制的D、T、JK或RS触发器的工作方式。触发器的时钟、清零输入可以通过编程选择使用专用的全局清零和全局时钟，或使用内部逻辑（乘积项逻辑阵列）产生的时钟和清零。触发器也支持异步清零和异步置位功能，乘积项选择矩阵分配乘积项来控制这些操作。如果不需要触发器，也可以将此触发器旁路，信号直接输给PIA或输出到I/O引脚，以实现组合逻辑工作方式。

  3．扩展乘积项

  每个宏单元的一个乘积项可以反相回送到逻辑阵列。这个“可共享”的乘积项能够连到同一个LAB中的任何其它乘积项上。尽管大多数逻辑函数能够用每个宏单元中的5个乘积项实现，但在某些复杂的逻辑函数中需要附加乘积项。为提供所需的逻辑资源，可以利用另一个宏单元，MAX70000结构也允许利用共享和并联扩展乘积项，这两种扩展项可作为附加的乘积项直接送到本LAB的任意宏单元中。利用扩展项可保证在实现逻辑综合时，用尽可能少的逻辑资源实现尽可能快的工作速度。

  4．可编程连线阵列PIA

  通过可编程连线阵列可将各LAB相互连接构成所需的逻辑。这个全局总线是可编程的通道，它能把器件中任何信号源连到其目的地。所有MAX7000系列器件的专用输入、I/O引脚和宏单元输出均馈送到PIA，PIA可把这些信号送到整个器件内的各个地方。只有每个LAB所需的信号才真正给它布置从PIA到该LAB的连线，如图是PIA信号布线到LAB的方式。

  5．I/O控制块

  I/O控制块允许每个I/O引脚单独地配置成输入/输出和双向工作方式。所有I/O引脚都有一个三态缓冲器，它能由全局输出使能信号中的一个控制，或者把使能端直接连接到地（GND）或电源（VCC）上。MAX7000系列器件的I/O控制框图如图所示。MAX7000器件有6个全局输出使能信号，它们可以由以下信号驱动：两个输出使能信号、一个I/O引脚的集合、一个I/O宏单元的集合，或者是它“反相”后的信号。

  当三态缓冲器的控制端接地（GND）时，其输出为高阻态，而且I/O引脚可作为专用输入引脚。当三态缓冲器的控制端接电源（VCC）时，输出使能有效。

  MAX7000结构提供了双I/O反馈，且宏单元和引脚的反馈是相互独立的。当I/O引脚配置成输入时，有关的宏单元可以用于隐含逻辑。

CPLD器件的选型

• 由于CPLD器件厂商众多，CPLD器件的选择同其它通用逻辑器件不同，除考虑器件本身的性能外，配套软件的支持也是器件选择的重要依据。目前市场上已有的CPLD/FPGA器件生产厂家有20多个，而设计软件除生产厂家自行研制的软件外还有几十多种独立软件。加上高性能器件的价格已经不菲，更不用说设计软件的价格，所以如何选用合适的CPLD器件，不只是一件一次性的工作，还涉及到设计软件的选用以及今后进一步工作的开展。

  首先，用户应该根据自身的技术环境、技术条件、使用习惯等选择一种合适的软件工具，同时要兼顾EDA技术的发展。与占据优势的软件供应商同时也与多数芯片制造商建立了良好的合作伙伴关系，所以，拥有一种设计软件，再进一步选择不同的工具库，或增加部分配置，即可对不同厂家的不同种类的FPGA产品进行设计。

  其次，用户可根据设计的需要确定选择哪一类可编程,编程次数可达1万次,优点是系统断电时编程信息也不丢失。CPLD又可分为在编程器上编程和在系统编程两类。FPGA大部分是基于SRAM编程,编程信息在系统断电时丢失,每次上电时,需从器件外部将编程数据重新写入SRAM中。其优点是可以编程任意次,可在工作中快速编程,从而实现板级和系统级的动态配置。

  ⑧CPLD保密性好,FPGA保密性差。

  ⑨一般情况下,CPLD的功耗要比FPGA大,且集成度越高越明显。