可编程逻辑器件的设计方法

PLD的设计方法
可编程逻辑器件PLD在数字系统设计中可实现各种逻辑功能，从简单的随机逻辑替换到复杂的控制定序器。

可编程逻辑器件具有成本低、集成度高、使用简便、设计容易，以及具有其它系统设计方法所没有的调试功能。

大多数的PLD器件具有可编程连接的“与—或”阵列结构．可编程阵列意味着其连接 可由用户通过编程来决定 。
PLD器件的分类取决于其“阵列”是可编程的还是固定的。
　

PROM：固定的’与’阵列和可编程的‘或’阵列，通常用作为存储器，而很少用于 实现逻辑功能 ;
FPAL：“与”阵列和“或”阵列均可编程，使设计最富于灵活性;
最流行的PAL：可编程的‘与’阵列和固定的‘或’阵列，它广泛用于实现各种各样的组咸寄存器型逻辑功能 ；
PLS（Programmable Logic Sequencer可编程 逻辑定序器）：两个阵列都可编程，用于专门的状态机应用场合;
PROSE（PROgrammable Sequencer)：将可编程阵列与专用的逻辑功能结合起来，为特定的系统应用提供最佳性能，
GAL：每个输出引脚都连到一个输出逻辑宏单元(OLMC)，大大改善了输出功能的结构和灵活性。

可编程逻辑器件的选择
不同的生产工艺给PLD器件提供了众多的设计选择方案：
从可编程阵列的“连接线”
熔丝型：(ECL、TTL双极型工艺
UV-EPROM（CMOS工艺）
E2PROM （CMOS工艺）
RAM细胞单元 （CMOS RAM工艺
从运行速度上
ECL工艺的PLD器件用于高速运行电路的设计
CMOS用于低功耗电路的设计
TTL熔丝型PLD器件用于中档设计
工艺的选择主要取决于速度和功耗条件的限制

PLD设计所需的条件
设计软件（PALASM）
器件编程器
软件设计过程：
建立设计文件；
定义所需的逻辑功能并用“积之和”表示，可从真值表或时序图直接导出，也可运用状态图和卡诺图导出；
汇编设计文件，产生JEDEC文件
仿真、测试
将JEDEC文件下载到所选器件中，对器件的每一条连线编程。
将已编程的器件插到印制板中投入运行。
由于编程器与PC机相连，从设计文件的编辑、汇编、仿真、下载以及对器件的编程全部在PC机上完成。

PLD器件的设计过程
第一步是设构思；
第二步是选择合适的器件；
第三步是设计的实施，包括使用测试向量对设计进行仿真；
对器件进行编程；
对已编程PLD进行测试；
并在系统板上验证其功能．
用例子说明各设计过程

68000微处理器中的简单地址译码器
PLD器件设计过程的第一价段是构思设计，对于SSI／MSI设计这也是必需的．PLD器件的优点是在这一阶段，设计者只需考虑期望的逻辑功能，使用SSI／MSI电路进行设计时，在开始设计之前必须考虑各种器件的逻辑限制条件。显然，设计师必须根据系统设计的要求提出一个简洁完整的功能描述；
68000微处理器除有单独的读／写信号线外，还有24条地址线．它需要ROM来存放系统引导代码， RAM来存放数据和运行程序。因此，ROM和RAM在68000微处理器的地址空间里分配地址，即需地址译码器。
地址译码器的作用是一次选择一个存储地址。地址译码器必须选择一个ROM或RAM。当微处理器访问地址空间中的一个地址单元时，通过将某一特定ROM或RAM的芯片选择信号置为真来执行选择操作。
在典型的微处理机系统中，也存在用来寻址I／O器件的电路（如软驱），当微处理器寻址这些I／O器件时，同样对其发出片选信号。

一、设计构思
M86000; 接口逻辑电路；DRAM控制电路；PROM和DRAM芯片
地址线：A0-A23；其中A21，A22，A23与地址选通信号AS和读/写（RW）产生片选控制信号； RAMCS片选信号与A21、A22、A23输入DRAM控制器产生RAM片选信号。
17位数据线：D0-D16

存储器地址分配和映射表

根据存储器的地址分配表和设计的功能描述推导出真值表 来自处理器的信号输入到接口逻辑块，所产生的输出是ROMCS1、ROMCS2 和RAMCS片选信号；RAMCS片选信号与A21、A22、A23输入DRAM控制器产生RAM片选信号。

二、PLD器件的选择
分析设计要求，按照是否需要使用寄存器而将其分类成组合型功能和寄存器功能
无需寄存器的逻辑设计
编码器、译码器、多路转换器、多路分配译码器、加法器和比较器等简单的组合逻辑功能块；
需寄存器的逻辑设计
计数器、定时器、控制信号产生器和状态机等
本例-简单地址译码器，不需寄存器
了解各种不同结构特征用于何处将有助于器件的选择．根据器件使用情况的历史记载和器件结构的功能特性，PLD器件可以分成三个基本应用类别，即：
组合型设计；（PAL器件）
简单寄存器型设计；（PAL器件和PLS 可编程逻辑定序器）
复杂的寄存器型(定序器)设计 ；(PAL、PLS和PROSE/FPC(熔丝型可编程控制器）
不同的设计师，同样的设计可能选择不同的，本例选择PAL器件。

选择器件时应考虑的主要功能特性
输入引脚数
输出引脚数（如PLD有内部反馈，输出又可当作输入）
I/O引脚数 （特别适合于涉及总线的应用)
器件速度
对于组合器件，考虑传输延迟时间td
来对于寄存器 型器件，考虑器件的时钟频率fmax,, 寄存器建立时间tpd和时钟传输时间tCLK
器件功耗
寄存器数（若有需要的话）
乘积项数
输出极性控制
下表分别给出了组合型和寄存器型PLD器件，对于本设计实例，我们挑选PAL16L8，它有足够的输入输出端和传输速度（延迟时间为10ns)

组合型PLD器件的主要技术性能指标

寄存器型PLD器件的主要技术性能指标

系统临界的时序限制条件由微处理器的读/写周期和存储器可用的存取时间决定: 存储器存取时间2200 ns; 地址译码时间10ns;

大多数微处理器允许的地址译码时间是10-35ns, 即地址有效之后，正确的存储器片选信号应当有效。
对于本例，可用周期时间为10-35ns，存储器的存取时间为2200ns, 只有20ns作为地址译码时间。可选PAL16L8, tpd =10ns

三、设计的实施
实施设计需要建立设计文件，设计文件在PALASM软件中称为PAL器件说明书（PDS：PAL Device Specification), 文件包括三类信息：
基本管理记录信息：
设计语法
仿真语法
设计文件、文件汇编、仿真、生成JEDEC文件、下载到器件编程器中构造器件
设计文件给出了文件编制方面的信息、所选用的器件名称、信号的名称。
所有的信号名都分配给器件引脚，并且将引脚定义为输入或输出．
设计文件的说明部分还包括按引脚号递增的顺序排列的信号名．如：

Title M68000_ADDRESS_DECORDER 设计的名称
Pattern P8000 模式名或编号
Pevision A 版本号或等级号
Author ENGINEER 设计者姓名
Company MMI SUNNYVALE, CALIFORNIA 公司名称
DATE 07/21/87 建立文件日期

CHIP DECORDER （任一名称） PAL16L8 （器件型号）

NC A23 A22 A21 TOP BOTTOM AS RW NC GND (1-20 引脚列表 )
OE RONCS1 RONCS2 RANCS INIT NC NC NC NC VCC
选择器件　　　　　　　　　　　

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　－状态机语法
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仿真设计
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