信息技術正在快速發展，其應用已經深入到各個領域各個方麵。如今越來越多的電子產品向著智能化、微型化、digonghaofangxiangfazhan，qizhongyoudechanpinhaixuyaoshishikongzhihexinhaochuli。dianzixitongdefuzaxingzaibuduanzengjia
，tapoqieyaoqiudianzishejijishuyeyouxiangyingdebiangehefeiyue。shiyongchunSSI 數字電路設計係統工作量大
， 靈活性低， 而且係統可靠性差。廣泛使用單片機（MCU） 設計係統克服了純SSI 數字電路係統許多不可逾越的困難，是一個具有裏程碑意義的飛躍。而DSP以其極強的信號處理功能贏得了廣闊的市場，得到了廣泛地應用。近年來，PLD 器件迅速發展，尤其是CPLD/ FPGA 向深亞微米領域進軍，PLD 器件得到了廣泛應用，以CPLD/ FPGA 為物質基礎的EDA 技術誕生了。它具有電子技術高度智能化、自動化的特點，打破了軟硬件最後的屏障
，使得硬件設計如同軟件設計一樣簡單。它作為一種創新技術正在改變著數字係統的設計方法、設計過程和設計觀念。單片機
，DSP ，PLD/ EDA 以yi其qi各ge自zi的de特te點dian滿man足zu了le各ge種zhong需xu要yao，正zheng從cong各ge個ge領ling域yu各ge個ge層ceng麵mian改gai變bian著zhe世shi界jie，它ta們men已yi經jing成cheng為wei數shu字zi時shi代dai的de核he心xin動dong力li
，推tui動dong著zhe信xin息xi技ji術shu的de快kuai速su發fa展zhan。

 

以下，我們將對單片機，DSP，PLD/ EDA 分別加以介紹，並作比較和分析。

 

 

單片機是集成了CPU 
，ROM 
，RAM 和I/ O 口的微型計算機。它有很強的接口性能，非常適合於工業控製
，因此又叫微控製器（MCU） 。它與通用處理器不同
，它是以工業測控對象、環境、接口等特點出發，向著增強控製功能，提高工業環境下的可靠性、靈活方便地構成應用計算機係統的界麵接口的方向發展。所以，單片機有著自己的特點。

 

 

自從INTEL 推出51 係列單片機，許多公司對它做出改進
，發展成為增強型51 係列，而且新的單片機類型也不斷湧現。如MOTOROLA 和PHIL IPS 均有幾十個係列
，幾百種產品。CPU 從8 
，16 ，32 到64 位
，多采用RISC 技術，片上I/O 非常豐富
，有的單片機集成有A/ D 
， “看門狗”，PWM 
，顯示驅動，函數發生器，鍵盤控製等，它們的價格也高低不等，這樣極大地滿足了開發者的選擇自由。

 

 

隨著超大規模集成電路的發展，NMOS 工藝單片機被CMOS代替，並開始向HMOS 過渡。供電電壓由5V 降到3V

，2V 甚至到1V ，工作電流由mA 降至μA ，這在便攜式產品中大有用武之地。

 

 

DSP 又叫數字信號處理器。顧名思義，DSP 主要用於數字信號處理領域

，非常適合高密度
，重複運算及大數據容量的信號處理。現在已經廣泛應用於通信、便攜式計算機和便攜式儀表、雷達、圖像
、航空、家用電器、醫療設備等領域
，常見的手機、數字電視和數碼相機都離不開DSP。DSP用於手機和基站中為移動通信的發展做出重要貢獻，將在2. 5G和3G中扮演重要角色。可以說，DSP已經融入到生活的方方麵麵。

 

 

DSP 相對於一般微處理器作了很大的擴充和增強，主要是：

 

a） 修(xiu)正(zheng)的(de)哈(ha)佛(fo)結(jie)構(gou)
，多(duo)總(zong)線(xian)技(ji)術(shu)以(yi)及(ji)流(liu)水(shui)線(xian)結(jie)構(gou)。將(jiang)程(cheng)序(xu)與(yu)數(shu)據(ju)存(cun)儲(chu)器(qi)分(fen)開(kai)，使(shi)用(yong)多(duo)總(zong)線(xian)，取(qu)指(zhi)令(ling)和(he)取(qu)數(shu)據(ju)同(tong)時(shi)進(jin)行(xing)，以(yi)及(ji)流(liu)水(shui)線(xian)技(ji)術(shu)
，這(zhe)使(shi)得(de)速(su)度(du)有(you)了(le)較(jiao)大(da)的(de)提(ti)高(gao)。

 

b） 硬件乘法器以及特殊指令。這是區別於一般微處理器的重要標誌。一般微處理器用軟件實現乘法，逐條執行指令

，速度慢。而DSP 依靠硬件乘法器單周期完成乘法運算，而且還具有專門的信號處理指令，如TM320 係列的FIRS 
，LMS 
，MACD 指令等。

 

 

當今電子係統的複雜性在不斷增加，而電子產品的更新換代越來越快

，傳統的設計方法難以適應。隨著計算機技術的發展，ECAD 在某種程度上減輕了設計人員的工作壓力
，但其智能化、自動化水平仍不盡人意。於是EDA 技術作為一種全新的技術誕生了。它正改變著數字係統和設計方法，設計過程和設計觀念。

 

EDA（即Electronic Design AutomaTIon） 即電子設計自動化，它是以計算機為工具，在EDA 軟件平台上
，對用硬件描述語言HDL 完成的設計文件自動地邏輯編譯
、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至對於特定目標芯片進行適配編譯
、邏輯影射和編程下載等。設計者隻需用HDL 語言完成係統功能的描述，借助EDA 工具就可得到設計結果，將編譯後的代碼下載到目標芯片就可在硬件上實現。這裏的目標芯片就是PLD 器件（ FPGA/CPLD） 。FPGA/ CPLD 是EDA 技術的物質基礎，這兩者是分不開的。可以說沒有PLD 器件
，EDA 技術就成為無源之水。

 

EDA 技術作為一種現代電子係統開發方式，具有兩方麵特點。

 

 

 

由於FPGA/ CPLD keyitongguoruanjianbianchengduigaiyingjiandejiegouhegongzuofangshijinxingzhonggou
，xiugairuanjianchengxujiuxiangdangyugaibianleyingjian
，zheshifeichangyouyongde。ruanjiankeyishiyongzidingxiangxiadeshejifangan，erqiekeyiduogerenfengongbingxinggongzuo，zhexienianlaiIP 核(he)產(chan)業(ye)的(de)崛(jue)起(qi)，將(jiang)若(ruo)幹(gan)軟(ruan)核(he)結(jie)合(he)起(qi)來(lai)就(jiu)可(ke)以(yi)構(gou)成(cheng)一(yi)個(ge)完(wan)整(zheng)的(de)係(xi)統(tong)
，這(zhe)一(yi)切(qie)極(ji)大(da)地(di)縮(suo)短(duan)了(le)開(kai)發(fa)周(zhou)期(qi)和(he)上(shang)市(shi)時(shi)間(jian)，有(you)利(li)於(yu)在(zai)激(ji)烈(lie)的(de)市(shi)場(chang)競(jing)爭(zheng)中(zhong)搶(qiang)占(zhan)先(xian)機(ji)。

 

 

MCU 和DSP 都是通過串行執行指令來實現特定功能
，不可避免低速
，而FPGA/ CPLD 則可實現硬件上的並行工作，在實時測控和高速應用領域前景廣闊;另一方麵
，FPGA/CPLD 器件在功能開發上是軟件實現的，但物理機製卻和純硬件電路一樣，十分可靠。而MCU 和DSP芯片在強幹擾條件下，尤其是強電磁幹擾下

，很可能越出正常的工作流程，出現PC 跑飛現象。EDA 高可靠性正好克服了它們這一先天不足。

 

 

單片機
，DSP和FPGA/ CPLD 各具特色，滿足了不同需要，已經成為數字時代的核心動力。為了充分發揮它們的優勢，三者結合成為一個新的發展趨勢。

 

 

MCU 價格底，能很好地完成通信和智能控製的任務，但信號處理能力差。DSP恰qia好hao相xiang反fan。把ba兩liang者zhe結jie合he，能neng滿man足zu同tong時shi需xu要yao智zhi能neng控kong製zhi和he數shu字zi信xin號hao處chu理li的de場chang合he，如ru蜂feng窩wo電dian話hua
，無wu繩sheng網wang絡luo產chan品pin等deng，這zhe有you利li於yu減jian小xiao體ti積ji，降jiang低di功gong耗hao和he成cheng本ben。

 

 

由於FPGA/ CPLD 兼有串/ 並行工作方式，高速度和寬口徑適用性等特點，將DSP與FPGA 集成在一個芯片上，可實現寬帶信號處理，極大地提高信號處理速度。另外
，FPGA可以進行硬件重構

，功能擴展或性能改善非常容易。總之，單片機，DSP ， PLD/ EDA 極大地推動了信息技術的發展。要作為一名工程師，必須掌握從係統設計級、電dian路lu設she計ji級ji到dao物wu理li實shi現xian級ji整zheng個ge過guo程cheng分fen析xi設she計ji能neng力li，能neng熟shu練lian使shi用yong新xin器qi件jian

，新xin的de開kai發fa工gong具ju
，並bing不bu斷duan更geng新xin觀guan念nian，隻zhi有you這zhe樣yang，才cai能neng適shi應ying時shi代dai發fa展zhan，才cai能neng把ba握wo現xian在zai
，創chuang造zao未wei來lai！

 

 

 

PLD是可編程邏輯器件（Programable Logic Device）的簡稱，FPGA是現場可編程門陣列（Field Programable Gate Array）的簡稱
，兩者的功能基本相同，隻是實現原理略有不同
，所以我們有時可以忽略這兩者的區別，統稱為可編程邏輯器件或PLD/FPGA。

 

PLD是電子設計領域中最具活力和發展前途的一項技術，它的影響絲毫不亞於70年代單片機的發明和使用。

 

PLD能做什麼呢？可以毫不誇張的講
，PLD能完成任何數字器件的功能
，上至高性能CPU，下至簡單的74電路，都可以用PLD來實現。PLDrutongyizhangbaizhihuoshiyiduijimu，gongchengshikeyitongguochuantongdeyuanlitushurufa，huoshiyingjianmiaoshuyuyanziyoudeshejiyigeshuzixitong。tongguoruanjianfangzhen
，womenkeyishixianyanzhengshejidezhengquexing。zaiPCB完成以後，還可以利用PLD的在線修改能力，隨時修改設計而不必改動硬件電路。使用PLD來開發數字電路，可以大大縮短設計時間，減少PCB麵積，提高係統的可靠性。

 

 

PLD的這些優點使得PLD技術在90年代以後得到飛速的發展，同時也大大推動了EDA軟件和硬件描述語言（HDL）的進步。

 

如何使用PLD呢？其實PLD的使用很簡單，學習PLD比學習單片機要簡單的多，有數字電路基礎，會使用計算機，就可以進行PLD的開發。不熟悉PLD的朋友，可以先看一看可編程邏輯器件的發展曆程。

 

開發PLD需要了解兩個部分：1.PLD開發軟件 2.PLD本身

 

1.PLD開發軟件

 

由於PLD軟件已經發展的相當完善，用戶甚至可以不用詳細了解PLD的內部結構，也可以用自己熟悉的方法：如原理圖輸入或HDL語言來完成相當優秀的PLD設計。所以對初學者
，首先應了解PLD開發軟件和開發流程。了解PLD的內部結構，將有助於提高我們設計的效率和可靠性。

 

 

許多PLD公司都提供免費試用版或演示版（當然商業版大都是收費的），例如：可以免

 

費從上下載Altera公司的 QuartusII （web版），或向其代理商索取這套軟件。Xilinx 公司也提供免費軟件：ISE WebPack，這套可以從xilinx網站下載。LatTIce 提供isplever Base版下載，Actel等公司也都有類似的免費軟件提供。以上免費軟件都需要在網上注冊申請LISENCE文件，如果您對軟件的安裝還有不清楚，請仔細閱讀相關網頁上的說明。 通常這些免費軟件已經能夠滿足一般設計的需要

，當然
，要想軟件功能更強大一些，隻能購買商業版軟件。

 

 

如果你打算使用VHDL或Verilog HDL硬件描述語言來開發PLD/FPGA，通常還需要使用一些專業的HDL開發軟件

，這是因為FPGA廠商提供的軟件的HDL綜合能力一般都不是很強
，需要其他軟件來配合使用。

 

對於PLD產品，一般分為：基於乘積項（Product-Term）技術，EEPROM（或Flash）工藝的中小規模PLD，以及基於查找表（Look-Up table）技術，SRAM工藝的大規模PLD/FPGA。

 

EEPROM工藝的PLD（CPLD）密度小
，多用於5
，000門以下的小規模設計，適合做複雜的組合邏輯，如譯碼。SRAM工藝的PLD（FPGA）
，密度高，觸發器多，多用於10，000門以上的大規模設計，適合做複雜的時序邏輯
，如數字信號處理和各種算法。

 

目前有多家公司生產CPLD/FPGA
，最大的三家是：ALTERA，XILINX，LatTIce， 您可以參閱PLD廠商欄目獲得更多信息

 

2.PLD/FPGA的分類和使用

 

在PLD/FPGA開發軟件中完成設計以後，軟件會產生一個最終的編程文件（如 .pof ）。如何將編程文件燒到PLD芯片中去呢？

 

1.對於基於乘積項（Product-Term）技術，EEPROM（或Flash）工藝的PLD（如Altera的MAX係列

，LatTIce的大部分產品，Xilinx的XC9500
，Coolrunner係列）， 廠家提供編程電纜，電纜一端裝在計算機的並行打印口上，另一端接在PCB板上的一個十芯插頭
，PLD芯片有四個管腳（編程腳）與插頭相連。

 

它向係統板上的器件提供配置或編程數據
，這就是所謂的在線可編程。Byteblaster使用戶能夠獨立地配置PLD器qi件jian
，而er不bu需xu要yao編bian程cheng器qi或huo任ren何he其qi它ta編bian程cheng硬ying件jian。編bian程cheng電dian纜lan可ke以yi向xiang代dai理li商shang購gou買mai，也ye可ke以yi根gen據ju廠chang家jia提ti供gong的de編bian程cheng電dian纜lan的de原yuan理li圖tu自zi己ji製zhi作zuo，成cheng本ben僅jin需xu一yi，二er十shi元yuan。 早期的PLD是不支持ISP的，它們需要用編程器燒寫。目前的PLD都可以用ISP在線編程，也可用編程器編程。這種PLD可以加密，並且很難解密，所以常常用於單板加密。

 

2.對於基於查找表（LUT，Look-Up table）技術，SRAM工藝的FPGA（如Altera的所有FPGA，如ACEX
，Cyclone，Stratix係列，Xilinx的所有FPGA，如Spartan，Virtex係列，Lattice的EC/ECP係列等），由於SRAM工藝的特點，掉電後數據會消失，因此調試期間可以用下載電纜配置PLD器件，調試完成後
，需要將數據固化在一個專用的EEPROM中（用通用編程器燒寫，或者用專用配置芯片）

，上電時
，由這片配置EEPROM先對FPGA加載數據，十幾個毫秒到幾百個毫秒後，FPGA即可正常工作。亦可由CPU配置FPGA。但SRAM工藝的PLD一般不可以直接加密。

 

3.還有一種反熔絲（Anti-fuse）技術的FPGA，如Actel
，Quicklogic的部分產品就采用這種工藝。但這種的PLD是不能重複擦寫，需要使用專用編程器，所以開發過程比較麻煩，費用也比較昂高。但反熔絲技術也有許多優點：布(bu)線(xian)能(neng)力(li)更(geng)強(qiang)
，係(xi)統(tong)速(su)度(du)更(geng)快(kuai)，功(gong)耗(hao)更(geng)低(di)，同(tong)時(shi)抗(kang)輻(fu)射(she)能(neng)力(li)強(qiang)，耐(nai)高(gao)低(di)溫(wen)，可(ke)以(yi)加(jia)密(mi)，所(suo)以(yi)在(zai)一(yi)些(xie)有(you)特(te)殊(shu)要(yao)求(qiu)的(de)領(ling)域(yu)中(zhong)運(yun)用(yong)較(jiao)多(duo)，如(ru)軍(jun)事(shi)及(ji)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)。

 

為了解決反熔絲FPGA不可重複擦寫的問題，Actel等公司在90年代中後期開發了基於Flash技術的FPGA，如ProASIC係列
，這種FPGA不需要配置，數據直接保存在FPGA芯片中，用戶可以改寫（但需要10幾伏的高電壓）。

 

隨著技術的發展，在2004年以後
，一些廠家推出了一些新的PLD和FPGA，這些產品模糊了PLD和FPGA的區別。例如Altera最新的MAXII係列PLD，這是一種基於FPGA（LUT）結構，集成配置芯片的PLD，在本質上它就是一種在內部集成了配置芯片的FPGA，但由於配置時間極短，上電就可以工作，所以對用戶來說，感覺不到配置過程，可以傳統的PLD一樣使用，加上容量和傳統PLD類似
，所以altera把它歸作PLD。 還有像Lattice的XP係列FPGA，也是使用了同樣的原理
，將外部配置芯片集成到內部，在使用方法上和PLD類似，但是因為容量大，性能和傳統FPGA相同
，也是LUT架構，所以Lattice仍把它歸為FPGA。