fpga系列 HDL 00 : 可编程逻辑器件原理

news/2024/7/22 12:40:43/文章来源:https://blog.csdn.net/ResumeProject/article/details/139241028

一次性可编程器件(融保险丝实现)

  • 一次性可编程器件(One-Time Programmable Device,简称 OTP)是一种在制造后仅能编程一次的存储设备。OTP器件在编程后数据不可更改。这些器件在很多应用场景中具有独特的优势和用途。

示例

  • MMI 16R6
    在这里插入图片描述

  • 可编程元件(显示为保险丝,下图中的波浪线)将真实输入和补码输入连接到与门。这些与门(也称为乘积项,下图中的面包片)通过“或”(下图中最右侧的圆形三角形)运算在一起,形成乘积和逻辑阵列。
    在这里插入图片描述

类型

  1. PROM (Programmable Read-Only Memory)
    • 熔丝型 PROM:通过熔断内部熔丝来编程。这种方法可以通过高电压来破坏选定熔丝,从而改变存储的数据。
    • 反熔丝型 PROM:使用反熔丝技术,通过特定方法在特定位置创建导电路径。

特性

  1. 不可擦除:OTP器件一旦编程,数据即固定,无法通过任何手段擦除或重新编程。
  2. 高可靠性:由于数据不可更改,OTP器件在安全性和数据保持方面具有很高的可靠性,适用于需要永久保存数据的场合。
  3. 低成本:相比于可擦写的存储器,OTP器件在制造和材料成本上通常较低,适用于大批量生产和一次性应用。

多次擦写的可编程逻辑设备(EPROM)

示例

在这里插入图片描述

+----------------------------------+
|          UVEPROM Chip            |
|                                  |
|  +----------------------------+  |
|  |       Silicon Die          |  |
|  |                            |  |
|  |   +--------------------+   |  |
|  |   | 浮栅 MOSFET        |   |  |
|  |   |  Transistors       |   |  |
|  |   +--------------------+   |  |
|  |                            |  |
|  +----------------------------+  |
|                                  |
|  Transparent Quartz Window       |
+----------------------------------+

原理

  • 编程:
    使用专用编程器将数据写入UVEPROM。在编程过程中,高电压(通常为12.5V至21V)被施加到存储单元以改变浮栅电荷状态,从而存储数据。场效应晶体管的开关状态由晶体管控制栅极上的电压控制。当电压施加到栅极时,晶体管内会形成一条传导路径,从而打开开关。在浮置栅极上存储电荷与向栅极施加电压具有相同的效果,从而允许存储数据。
  • 擦除(紫外线,UV,ultraviolet):
    UVEPROM芯片通常具有一个透明的石英窗,通过这个窗口,可以将芯片暴露在紫外光下。紫外光会提供足够的能量,使浮栅上的电荷逸出,从而将存储单元恢复到未编程状态(通常是逻辑高电平)。通常需要几分钟到二十分钟的紫外光照射才能完成擦除过程。

多次擦写的可编程逻辑设备(EEPROM)

示例

  • electrically erasable programmable read-only memory

原理

  • 编程:编程时,通过施加高电压(通常在12V左右)在控制栅和源极之间,使电子通过隧道效应被注入到浮栅上,从而改变浮栅的电荷状态,这会影响晶体管的阈值电压,从而表示存储的数据位。

  • 擦除:擦除时,通过施加反向高电压,使浮栅上的电荷逸出,恢复到未编程状态。

CPLD(Complex Programmable Logic Device)

示例

在这里插入图片描述

CPLD 的架构

在这里插入图片描述

可编程逻辑块(PLB)

  • 存储配置数据的EEPROM,用于设置逻辑块和互连的功能。

在这里插入图片描述

  • 类PAL块(也称为功能块)通常由16个宏单元组成。每个宏单元由一个与或配置、一个异或门、一个触发器、一个多路复用器和一个三态缓冲器组成。
    在这里插入图片描述

LUT

  • LUT(Lookup Table,查找表)是数字逻辑设计中常用的一种元件,用于实现逻辑功能。它是一种存储了输入输出关系的数据结构,在电路中充当逻辑函数的实现。LUT的工作原理类似于一张查找表,它接收一组输入信号,并根据这组输入信号查找对应的输出信号。在数字逻辑中,这组输入信号可以是逻辑门的输入,而查找表存储了每一种输入组合对应的输出。例如,对于一个二输入的AND门,有四种可能的输入组合:00、01、10、11。每种输入组合对应一个输出,因此可以用一个包含四个条目的查找表来实现AND门的功能。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
  • 在商业FPGA芯片中,LUT通常有4个或5个输入,分别需要16个和32个存储单元。

FPGA

  • PAL通常有额外的电路,包括与或门。FPGA也是如此,除了一个LUT之外,它通常在每个逻辑块中有额外的电路。图b显示了一个触发器是如何被包含在FPGA逻辑块中的,触发器被用来在其时钟输入的控制下存储其D输入的值。

在这里插入图片描述

  • 通过FPGA实现 x 1 x 2 + x 2 ˉ x 3 x_1x_2+\bar{x_2}x_3 x1x2+x2ˉx3

在这里插入图片描述

对比CPLD(Complex Programmable Logic Device,复杂可编程逻辑器件)和FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列):

特性CPLDFPGA
架构由多个宏单元(Macrocell)组成,通过可编程互连网络连接由多个可编程逻辑块(PLB)组成,通过复杂的互连矩阵连接
配置存储EEPROM 或 Flash,断电后保留配置目前,大多数FPGA芯片是基于 SRAM 的结构的,SRAM,断电后配置丢失,需要外部存储加载
配置时间配置时间较短配置时间较长
逻辑容量适合中小规模逻辑设计,逻辑容量较低适合大规模、高复杂度逻辑设计,逻辑容量高
功耗通常较低,适合低功耗应用相对较高,特别是在实现复杂设计时
时序特性时序特性稳定确定灵活,但时序特性可能受复杂互连影响
开发工具简单,适合快速原型设计复杂,提供高级特性和调试环境
编程接口相对简单复杂,支持高级功能和多种配置方式
典型应用控制电路、简单状态机、I/O 扩展、接口转换高性能计算、数字信号处理、实时数据处理、高速通信接口
资源较少的逻辑单元和寄存器丰富的逻辑单元、DSP 块、RAM 块
并行处理限制较多高度并行处理能力
灵活性架构固定,灵活性较低架构灵活,可重配置

CG

  • https://en.wikipedia.org/wiki/Programmable_Array_Logic
  • https://ja.wikipedia.org/wiki/EPROM
  • https://en.wikipedia.org/wiki/EEPROM
  • https://www.slideshare.net/anandhd1/programmable-logic-devices-236575565
  • https://electronicsforyou.in/cpld/
  • https://people.engr.tamu.edu/xizhang/ECEN248/slides_Chapter3_6.pdf
  • 可编程只读存储器 PROM 最初是 1956 年作为与洲际弹道导弹相关的军事计划的一部分开发的。这项发明归功于当时在美国博世武器公司工作的 Wen Tsing Chow。商业设备于 1960 年代末问世。
  • 1989 年,英特尔在其可训练的人工神经网络 (ETANN) 芯片中采用了 FGMOS 作为模拟非易失性存储器元件,[3] 展示了将 FGMOS 设备用于数字存储器以外的应用的潜力。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.luyixian.cn/news_show_1052574.aspx

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系dt猫网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

python中import的搜索路径

文章目录 前言 一 python中import的搜索路径1. python中import的搜索路径先判断是否内置模块根据sys.path查找1.1 脚本当前目录和所属项目目录1.2 环境变量1.3 标准库1.4 .pth 文件1.5 第三方库 2. 解决ModuleNotFoundError 前言 码python时经常会遇到找不到包或者找不到模块的…

【考研数学】线代除了「李永乐」,还能跟谁?

考研线代,除了利用了老师,我觉得还有一个宝藏老师的课程值得听! 那就是喻老,这个是我在b站上面新发现的老师,听完他的课程发现真的喜欢 他不仅在B站上开设了课程,还编写了配套的线性代数辅导讲义&#xff…

Chrome谷歌浏览器如何打开不安全页面的禁止权限?

目录 一、背景二、如何打开不安全页面被禁止的权限?2.1 第一步,添加信任站点2.2 第二步,打开不安全页面的权限2.3 结果展示 一、背景 在开发过程中,由于测试环境没有配置 HTTPS 请求,所以谷歌浏览器的地址栏会有这样一…

我用 Midjourney 的这种风格治愈了强迫症

在 Midjourney 能够实现的各种布局之中,有两种风格因其简洁、有序而独居魅力,它们就是平铺 (Flat Lay) 和 Knolling (Knolling 就是 Knolling, 无法翻译🤣)。要在现实生活中实现这样的美学效果并不容易,你需要精心挑选各种小物件&…

【UE Slate】 虚幻引擎Slate开发快速入门

目录 0 引言1 Slate框架1.0 控件布局1.1 SWidget1.1.1 SWidget的主要作用1.1.2 SWidget的关键方法1.1.3 使用SWidget创建自定义控件1.1.4 结论 1.2 SCompoundWidget1.2.1 SCompoundWidget的主要作用1.2.2 SCompoundWidget的使用示例1.2.3 SCompoundWidget的关系1.2.4 总结 1.3 …

python数据分析:爬取某东商城商品评论数据并做词云展示(含完整源码及详细注解)

python数据分析,爬取某东商城商品评论数据并做词云展示。 一、明确爬取的网页及结构 找到要爬取的网页地址,发现有一个获取json格式评论数据的接口: url = "https://club.jd.com/comment/productPageComments.action?callback=fetchJSON_comment98&productId=217…

数据结构——不相交集(并查集)

一、基本概念 关系:定义在集合S上的关系指对于a,b∈S,若aRb为真,则a与b相关 等价关系:满足以下三个特性的关系R称为等价关系 (1)对称性,aRb为真则bRa为真; (2)反身性,aRa为真; (3)传递性,aRb为真…

【Qt Creator】跨平台的C++图形用户界面应用程序开发框架---QT

🍁你好,我是 RO-BERRY 📗 致力于C、C、数据结构、TCP/IP、数据库等等一系列知识 🎄感谢你的陪伴与支持 ,故事既有了开头,就要画上一个完美的句号,让我们一起加油 目录 1.互联网的核心岗位以及职…

3D工业视觉

前言 本文主要介绍3D视觉技术、工业领域的应用、市场格局等,主要技术包括激光三角测量、结构光、ToF、立体视觉。 一、核心内容 3D视觉技术满足工业领域更高精度、更高速度、更柔性化的需求,扩大工业自动化的场景。 2D视觉技术基于物体平面轮廓&#…

JavaScript面试 题

1.延时加载JS有哪些方式 延时加载 :async defer 例如:<script defer type"type/javascript" srcscript.js></ script> defer:等html全部解析完成,才会执行js代码,顺次执行的 async: js和html解析是同步的,不是顺次执行js脚本(谁先加载完先执行谁)2.JS数…

C语言实现Hash Map(3):Map代码优化

在上一节中&#xff0c;我们学习了C语言实现Hash Map(2)&#xff1a;Map代码实现详解&#xff0c;通过代码&#xff0c;我们更深入地了解了Map实现的原理&#xff0c;学习了如何通过key找到对应的桶并加入节点。也正如上一节提到的&#xff0c;虽然这是github中star比较多的代码…

其二:使用递归法实现二分搜索

开篇 本文主要是利用递归法来实现一个简单的二分搜索程序。题目来源是《编程珠玑》第4章课后习题3。 问题概要 编写并验证一个递归的二分搜索程序, 并返回t在数组x[0…n-1]中第一次出现的位置。 思路分析 本题的思路与第一版相似&#xff0c;不过不同的是&#xff0c;为确保返回…

《Python侦探手册:用正则表达式破译文本密码》

在这个信息爆炸的时代&#xff0c;每个人都需要一本侦探手册。阿佑今天将带你深入Python的正则表达式世界&#xff0c;教你如何像侦探一样&#xff0c;用代码破解文本中的每一个谜题。从基础的字符匹配到复杂的数据清洗&#xff0c;每一个技巧都足以让你在文本处理的领域中成为…

c++ 将指针转换为 void* 后,转换为怎么判断原指针类型?

当将指针转换为void后&#xff0c;擦除了指针所指向对象的类型信息&#xff0c;因此无法通过void指针来判断原始指针的类型。我这里有一套编程入门教程&#xff0c;不仅包含了详细的视频讲解&#xff0c;项目实战。如果你渴望学习编程&#xff0c;不妨点个关注&#xff0c;给个…

【C++】Vector的简易模拟与探索

&#x1f49e;&#x1f49e; 前言 hello hello~ &#xff0c;这里是大耳朵土土垚~&#x1f496;&#x1f496; &#xff0c;欢迎大家点赞&#x1f973;&#x1f973;关注&#x1f4a5;&#x1f4a5;收藏&#x1f339;&#x1f339;&#x1f339; &#x1f4a5;个人主页&#x…

【LeetCode算法】第83题:删除排序链表中的重复元素

目录 一、题目描述 二、初次解答 三、官方解法 四、总结 一、题目描述 二、初次解答 1. 思路&#xff1a;双指针法&#xff0c;只需遍历一遍。使用low指向前面的元素&#xff0c;high用于查找low后面与low不同内容的节点。将具有不同内容的节点链接在low后面&#xff0c;实…

C语言 | Leetcode C语言题解之第116题填充每个节点的下一个右侧节点指针

题目&#xff1a; 题解&#xff1a; struct Node* connect(struct Node* root) {if (root NULL) {return root;}// 从根节点开始struct Node* leftmost root;while (leftmost->left ! NULL) {// 遍历这一层节点组织成的链表&#xff0c;为下一层的节点更新 next 指针stru…

滑动窗口-java

主要通过单调队列来解决滑动窗口问题&#xff0c;得到滑动窗口中元素的最大值和最小值。 目录 前言 一、滑动窗口 二、算法思路 1.滑动窗口 2.算法思路 3.代码详解 三、代码如下 1.代码如下 2.读入数据 3.代码运行结果 总结 前言 主要通过单调队列来解决滑动窗口问题&#xff…

动效设计师的角色与职责:创造视觉魔法!

当今社会&#xff0c;随着视频游戏和数字产品的不断发展&#xff0c;动态设计师这个职业也在逐步发展壮大&#xff0c;同时也吸引了很多热爱动画设计的朋友。动态设计的目的是在第一时间吸引用户的注意力。那你知道动态设计师是做什么的吗&#xff1f;动态设计师的发展前景如何…

微信资源混淆,导致的约束布局 Constraintlayout 控件重叠!

问题 1、广告六要素 虽然我不参与广告 sdk 接入等相关工作&#xff0c;但是最近总是听到一个词广告六要素。这到底是什么&#xff1f; 国内下载类广告&#xff0c;尤其是针对移动应用推广的广告&#xff0c;其成功实施往往围绕几个关键要素进行&#xff0c;这些要素能够帮助…