基础资料
1. 可编程逻辑器件介绍：
可编程逻辑器件是指一切可以通过软件手段配置、更改器件内部连接结构和逻辑单元，完成既定设计功能的数字集成电路。目前，常用的可编程逻辑器件主要有简单的逻辑阵列(PAL/GAL)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)和现场可编程逻辑阵列(FPGA)等。。
传统的数字电路设计，一种是使用标准的逻辑芯片进行搭建，如74系列、4000系列等；另一种是向厂家定制面向特定用途的专用集成电路ASIC。如果逻辑比较复杂，要使用很多片标准的逻辑芯片，占用PCB面积比较大；而使用ASIC方式则设计周期比较长，灵活性差，成本比较高。因此，就出现了PAL/GAL，这是可编程逻辑器件的早期形式，其中PAL是可编程阵列逻辑(Programmable Array Logic)的缩写，GAL是通用可编程阵列逻辑(Generic Array Logic)的缩写，它们内部结构较为简单，可编程逻辑单元多为与、或阵列，使用灵活方便且成本低，很快就替代了需要使用多片标准逻辑芯片的应用场合，目前仍在一些成本敏感的领域大量使用。
这些早期的PLD器件基本结构由输入电路、与阵列、或阵列、输出电路构成，输入电路主要由缓冲器和反相器构成，能够产生每个输入变量的原信号及反信号，这些信号被送人由多个与门构成的与阵列，形成输入信号的乘积项；与阵列的乘积项又被送人由多个或门构成的或阵列，输出乘积项之和，再由输出电路输出。器件中连接到与、或阵列的信号都要经过一个开关，用户使用时通过一定的方法改变这些开关的状态，以改变与、或阵列的连接方式，这个过程称为编程。由于逻辑函数总能表示为乘积项之和的形式，因此通过编程改变与、或阵列的连接方式。就能输出不同的乘积项之和，从而实现不同的逻辑函数。
随着工艺技术的发展和市场需要，又出现了复杂可编程逻辑器件CPLD和现场可编程逻辑阵列FPGA，单片集成规模从数百门到数百兆门以上，芯片引脚也由20~24发展到400~1000引脚，器件工作频率在50MHz以上，相当多的产品达到100MHz以上，有的公司推出嵌入各种IP核的品种，如集成了中央处理器CPU或数字处理器DSP内核的FPGA，在其上可进行软硬件协同设计，可以实现片上系统SoC(System on Chip)。
可编程逻辑器件公司主要几种在美国，比较著名的有Xilinx、Lattice、Actel、Altera、AMD、QuickLogic等，不过近些年在半导体行业大并购中，Altera已被Intel收购，而Xilinx则被AMD公司收购，Actel则并入Microchip。
2. 可编程逻辑器件的编程方法：
可编程逻辑器件有多种编程手段，常用的有熔丝型开关、反熔丝型开关、浮栅编程元件和基于SRAM的编程元件。
· 熔丝型开关：最初的可编程开关是熔丝链路，其中的与阵列及或阵列是熔丝连接的矩阵，当在乘积线上两个信号的熔丝被保留，而同一线上所有其他熔丝被烧断时，这两个输入信号被组合为线与或线或，这样留在器件内的未被烧断的熔丝模式组合产生了相应的逻辑功能。
· 反熔丝型开关：可编程低阻电路元件是一种基于反熔丝的一次可编程器件，能提供小的元件尺寸，在未编程状态通常呈现高阻（>100MΩ），当18V编程电压加上后建立双向的低电阻，编程电流小于10mA。
· 浮栅编程元件：这是目前应用最广泛的一种编程技术，包括可擦除的EPROM和电改写擦除EEPROM及闪存Flash Memory。
· SRAM：这是FPGA主要使用的编程方式。
传统的PLD器件编程，需要先将器件放置在特定的编程器上烧写，然后安装在设计好的短路板上，系统调试、测试比较麻烦，而且一旦烧写后，很难修改、升级。后来出现了在系统可编程技术ISP(In-System Programmable)，可以将未编程的PLD安装到电路板中，然后根据功能要求进行编程，或者再编程。ISP技术最初由Lattice公司提出，并推出一系列ISP可编程逻辑器件，迅速得到广泛应用。ISP编程主要有3种方式，ISP、JTAG、IEEE1532，其中ISP为Lattice独有的编程方式，使用状态机实现；JTAG采用IEEE1149.1标准的边界扫描测试存取口TAP，是PLD首选的编程方法；IEEE1532是对JTAG的增强，并定义了描述编程算法和相关数据格式的软件需求，可将不同厂商的器件连接在一起，使用相同的编程软件进行编程。
3. 复杂可编程逻辑器件CPLD的基本结构：
CPLD一般都是基于乘积项的，如Lattice公司的ispMACH4000/5000系列，Altera公司的MAX7000/3000系列，Xilinx公司的XC9500、CoolRunner2系列等。内部结构主要由可编程I/O单元、基本逻辑单元、布线池/布线矩阵和其他辅助功能模块组成。基本逻辑单元是 一种称为宏单元MC(Macro Cell)的结构，本质上是由一些与、或阵列加上触发器构成，器件规模一般用MC的数目来表示，通过将若干个MC连接起来可以完成相对复杂逻辑功能。不同厂商的CPLD中MC的名称不同，Lattice公司称为通用逻辑模块GLB(Generic Logic Block)，Altera公司称为逻辑阵列模块LAB(Logic Array Block)，Xilinx则称为功能模块FB(Function Block)，功能基本一致，结构上略有差异。
所谓乘积项实际上就是与或逻辑表达式，器件中使用与或阵列实现，每一个交叉点都是一个可编程熔丝/反熔丝，如果导通就是实现与逻辑，在与阵列后一般还有或阵列，用以完成逻辑表达式中的或关系，与或阵列配合工作，就能完成复杂的组合逻辑功能。MC中还有可编程触发器，一般也包括时钟、复位/置位功能，用以实现时序逻辑的寄存器或锁存器等功能。
CPLD中一般采用集中式布线池，本质上就是一个开关矩阵，通过结点状态可以控制不同的MC的输入与输出项之间的连接。CPLD中的布线池结构固定，所以输入管脚到输出管脚的标准延时固定，称为Pin to Pin延时，用Tpd表示，反映了器件可以实现的最高频率。CPLD一般还集成了JTAG模块，还包括全局时钟、全局使能、全局复位/置位单元等。
4. 现场可编程逻辑阵列FPGA：
FPGA内部结构分为可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式RAM、布线资源、底层嵌入式功能单元、内嵌专用硬核等。FPGA一般是基于SRAM工艺的，其基本可编程单元一般是由查找表LUT(Look Up Table)和寄存器Register组成，LUT用于完成组合逻辑功能。FPGA有内部寄存器，可以配置为同步/异步复位或置位的时序使能触发器，也可以配置为锁存器Latch，FPGA利用内部寄存器实现同步时序逻辑功能。
目前，大部分FPGA都在内部集成了DLL或PLL硬件电路，用以完成时钟的高精度、低抖动的倍频、分频、占空比调整、移相等功能。高端FPGA则将DSP或CPU等软处理核集成在内，成为系统级设计平台，比较适合实现FIR滤波器、编码/解码、快速傅里叶变换FFT等应用。
5. Lattice公司的ispLSI CPLD器件：
Lattice公司在1992年推出了ISP技术的可编程逻辑器件，即在系统可编程，可以在用户板上编程或再编程，系统功能的更新也可以在应用现场直接在系统进行，对产品开发和升级带来便利。近些年推出的CPLD产品几乎都采用的ISP技术，原先的脱机编程方法被淘汰。Lattice公司的相关器件分为7个系列，另有原AMD公司的MACH4系列。
1） ispLSI 1000：
这是基本系列，单片集成度2000~8000门，适用于高速编码、总线管理、DMA控制等。其中E系列增加了两个全局输出许可控制信号和输出上升速率可编程控制，EA系列支持IEEE 1149.1边界扫描。
| 性能参数\型号 | 1016/1016E/A | 1024/1026E/A | 1032/1032E/A | 1048/1048E/A |
|---|---|---|---|---|
| 集成度（PLD门） | 2000 | 4000 | 6000 | 8000 |
| 最高工作频率/MHz | 125 | 125 | 125 | 90 |
| 传输延时/ns | 7.6 | 7.6 | 7.5 | 10 |
| 通用逻辑模块GLB数 | 16 | 24 | 32 | 48 |
| 触发器数 | 96 | 144 | 192 | 288 |
| 输入+I/O数 | 4+32 | 6+48 | 8+64 | 110 |
| 封装 | 44PLCC/TQFP | 68PLCC/100TQFP | 84PLCC/100TQFP | 128PQFP/133CPGA |
2） ispLSI 2000：
这高速系列，I/O端口较多，单片集成度1000~8000门，适用于高速计数、定时等场合，并可用于高速RISC/CISC微处理器接口，因系列比较齐全，应用广泛，其中2000E和2000/A支持5V，2000VE支持3.3V，2000VL支持2.5V。
| 性能参数\型号 | 2032A/E/VE/VL | 2064A/E/VE/VL | 2096A/E/VE/VL | 2128A/E/VE/VL | 2192VE/VL |
|---|---|---|---|---|---|
| 集成度（PLD门） | 1000 | 2000 | 4000 | 6000 | 8000 |
| 最高工作频率/MHz | 180/255/300/180 | 125/200/280/165 | 125/200/280/165 | 100/180/250/150 | 225/150 |
| 传输延时/ns | 5.0/3.5/3.0/5.0 | 7.5/4.5/3.5/5.5 | 7.5/4.5/3.5/5.5 | 10/5.0/4.0/6.0 | 4.5/6.0 |
| 宏单元数 | 32 | 64 | 96 | 128 | 192 |
| 寄存器数 | 32 | 64 | 96 | 128 | 192 |
| 输入+I/O数 | 35 | 38/70 | 104 | 138/74 | 107/110 |
| 封装 | 44PLCC/TQFP | 44PLCC/100TQFP/100BGA | 128TQFP | 100TQFP/100BGA | 128TQFP/144BGA |
3） 其他系列：
· ispLSI 3000：这是高密度系列，单片集成度7000~14000门，能容纳较大的逻辑系统，适用于数字信号处理、图形处理、数据加密/解密/压缩等
· ispLSI 6000：这是有片上RAM和FIFO的产品，单片集成度25000门
· ispLSI 5000：这是超宽系列，适用于32位和64位宽逻辑应用
· ispLSI 8000：这是超大系列，单片集成度达6万门，并支持片内三态总线，适用于高性能的单片系统级的实现，如高性能的接口控制、算术运算协处理器等
4） 编程接口：
Lattice公司提供JTAG和ISP编程接口，大部分产品支持JTAG。JTAG是符合IEEE 1149.1测试标准的接口，有4条控制线：
· TMS：测试模式选择，低电平时器件处于测试模式
· TCK：测试时钟
· TDI：测试数据串行输入，在TCK上升沿时数据装入寄存器
· TDO：串行数据输出，在TCK下降沿改变状态，并仅在数据移位输出时有效，其余时间为高阻
Lattice公司的早期产品不符合IEEE 1149.1-1990，但其特性仍然符合JTAG接口要求，称为ISP接口，包括5条控制线：ispEN-、MODE、SCLK、SDI、SDO
其DB25及RJ45电缆连接图为：
