PLD應用的方方面面

可編程邏輯器件(PLD)是由用戶進行編程從而實現(xiàn)所需邏輯功能的數(shù)字集成電路（IC），利用PLD內部的邏輯結構可以實現(xiàn)任何布爾表達式或者寄存器函數(shù)。PLD是在ASIC設計的基礎上發(fā)展起來的。在未來三年內，PLD將成為世界半導體產品市場上發(fā)展最快的領域。

可編程技術的實現(xiàn)途徑通?？梢苑殖蓛煞N：

1、 一次編程OTP

(One Time Programmable)；

2、可再編程

(Re-programmable)。

熔絲編程和反熔絲編程都屬于OTP技術。所謂熔絲編程，即通過電路內部的可熔化的金屬連線來連接電路內部，然后借助一定的電流把適當?shù)倪B線熔化，以便達到可編程之目的，這種技術現(xiàn)在仍然在簡單可編程邏輯器件(SPLD)中得到應用；所謂反熔絲編程，則是通過在電路中的兩層金屬和它們之間的無定形硅連接，通過一定的電流后，就可以形成電流通路，這種在電路編程時形成的連線通常非常細小，其電阻率很低，這種方法一般要求芯片內擁有大量的可編程晶體管，才能實現(xiàn)一定的功能。目前，Actel和 QuickLogic的FPGA產品中都采用這種技術。這種技術使其在電源關閉之后程序仍然可以保留在電路中，無需在電源啟動后重新載入程序。

目前 ，最引人注目的編程技術是基于EPROM(Electrically Programmable Read- Only Memory)技術，該技術已經在Cypress、Atmel、Xilinx、Altera和ICT公司等多種產品中得到廣泛應用，可用于SPLD，也可用于復雜可編程邏輯器件(CPLD)。

PLD技術的運用，能夠使設計工程師們借助PLD高速實現(xiàn)和修改功能性硬件，以極短的時間推出原型，進而實現(xiàn)Internet的遠距離控制；與此同時，由于PLD所具有的靈活性，使產品極容易適應各種不同的應用領域，極容易由用戶自行配置，使其在維持硬件原有水平的同時，能夠根據(jù)實際的需要或者變化進行調整。因此，PLD 技術在相當多的領域得到了廣泛的應用。例如TTL等標準邏輯IC，僅能提供特定的邏輯，不能由用戶根據(jù)具體設計的需要進行必要的修改。IC制造廠商向市場推出已經封裝好的PLD芯片之后，其邏輯功能依然可以由用戶采用電子設計自動化(EDA)工具進行調整和修改。這種PLD芯片作為一種通用芯片，可以大批量制造以便降低生產成本；與此同時，這種PLD芯片可供用戶將自己設計的電路寫入芯片，使其成為 ASIC，能夠滿足用戶的需求，因此，這種PLD芯片無論對廠商和用戶都大有好處。

PortalPlayer公司成立于1999年6月，主要提供端到端數(shù)字媒體基礎構件的解決方案，目前該公司從事MP3相關技術的研發(fā)，其目標是在一年內推出MP3的系統(tǒng)方案，這套方案包括播放器ASIC，播放器硬件和PC應用軟件。PortalPlayer 設計工程師面臨的最大挑戰(zhàn)是在一年內實現(xiàn)以下任務：(1)創(chuàng)建百萬門以上的ASIC設計，(2) 在進行ASIC投片之前的設計驗證 (3)開發(fā)相關的硬件和軟件。他們早就確定采用PLD幫助自己完成這3個目標。首先，在設計中，PortalPlayer 決定廣泛采用已生成IP，這樣他們的內部設計小組能夠專心致力于自己的內核研制，全面縮短設計開發(fā)時間。他們通過多種渠道獲得包括32位RISC處理器等的IP塊，包括PLD廠商的IP。

PortalPlayer設計工程師需要的硬件方案接近最終ASIC的性能，他們選擇在最高速度下運行狀態(tài)最佳的PLD：40萬門，APEX 20K400，首要目標是制作一個設計原始版本。雖然完整的ASIC設計并不適合于APEX器件實現(xiàn) ，但是 MP3 播放技術的核心足以展示PortalPlayer體系的基本操作。這個設計大約需要10萬門，占用APEX器件25%資源。他們在短短一個月內建立了一個硬件平臺。緊接著，PortalPlayer設計小組采用PLD技術驗證ASIC結構中的其余部分。既然完整的ASIC設計比APEX器件要大，該小組分別實現(xiàn)并驗證設計的各個部分，測試相關模塊之間的互操作性。盡管不能在APEX器件內測試模擬部分，但 70% 以上是由PLD驗證的，由于采用PLD技術進行驗證，使整個設計周期縮短了5個月，大大節(jié)省了開發(fā)時間。

NetScreen Technologies公司是一家Internet安全設備制造商，這家公司在設計、開發(fā)和生產與Internet有關的防火墻以及虛擬專用網(VPN)的硬件產品時，采用了PLD 技術。由于速度是大多數(shù)重要設計的目標之一，因此， NetScreen Technologies公司以速度為標準選擇PLD。

NetScreen Technologies公司選擇了具有大規(guī)模嵌入存儲結構和快速訪問時間的PLD。據(jù)他們估計，PLD和ASIC結合使用為其節(jié)省了近一個月的開發(fā)時間，使其能夠為他們的產品增加可重配置性。

目前，NetScreen已將一些PLD的設計移植到專用設備上，以便最大可能地降低費用。他們的設計小組仍舊依賴于可編程邏輯盡快實現(xiàn)ASIC的原型，其中一些需要現(xiàn)場配置的PLD產品仍然依靠著可編程器件的靈活性。這種可配置性使得NetScreen產品可以在硬件中根據(jù)不同的操作環(huán)境，如標準的更新或黑客攻擊方式的改變而修改更高層的功能。

Terayon Communication Systems公司是一家致力于寬帶語音、 數(shù)據(jù)和視頻系統(tǒng)的寬帶通信系統(tǒng)生產廠商。該廠商借助PLD技術將靈活性和可重配置性融入自己的產品中，使其在有線數(shù)據(jù)接入市場上與眾不同。有線數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)中保持QoS(服務質量)往往存在許多難題，例如，各種不同款式的調制解調器(modem)用戶的數(shù)量、時間和使用類型都是動態(tài)變化的。Cable modem 系統(tǒng)通常包括兩類部件：線纜調制解調器(cable modem)和線纜調制解調器終端系統(tǒng) CMTS(cable modem termination system)。CMTS由接入服務商提供，從而形成從調制解調器用戶到路由器、交換器或專用骨干網的鏈路。隨著網絡通信的迅猛發(fā)展，對設備提出了更高的靈活性要求，Terayon的產品在設計、開發(fā)和生產過程中采用PLD技術，實現(xiàn)了產品的高度靈活性。Terayon的產品極容易由用戶自行配置，使其在維持硬件原有水平的同時，能夠根據(jù)實際的需要或者變化進行調整。因此，Terayon 的產品深受用戶青睞。

PLD是從70年代開始起步的新型邏輯器件，80年代得到了較快的發(fā)展，應用增加，90年代以來，PLD成為世界半導體業(yè)發(fā)展最快的產品之一。

早期的PLD產品僅有幾百門，隨著PLD技術的不斷發(fā)展，PLD的規(guī)模也不斷擴大。最近兩年速度更是驚人，前幾年PLD器件僅有幾萬門，目前已經高達數(shù)百萬系統(tǒng)門甚至上千萬系統(tǒng)門。

與此同時，隨著集成度的不斷提高，PLD產品的性能大為改善，功能也不斷增多。早期的PLD產品僅能夠實現(xiàn)一些簡單的邏輯功能，而現(xiàn)在已經逐漸把DSP、MCU、存儲器及應用接口等集成到PLD中，使得PLD功能大為增強，并且逐漸轉向可編程系統(tǒng)芯片(SOPC)，在可編程邏輯芯片上直接實現(xiàn)系統(tǒng)集成。目前，PLD 產品的速度通常都能夠基本上滿足一般系統(tǒng)的設計要求。一旦用戶將所有主要的功能塊集成之后，可以很方便地隨著標準改變而重新配置，從而能夠大大縮短開發(fā)周期，并且降低開發(fā)成本。

隨著Internet用戶的爆炸式增長和Internet技術的迅猛發(fā)展，遠程配置系統(tǒng)的市場需求量越來越大，世界頂級PLD廠商正在適應市場的新需求，開始提出并完善多種多樣的PLD遠程控制方案，這些新方案將會在網絡通信、網絡設備等方面得到越來越多的應用，從而使協(xié)議的升級更新能夠更快地完成，工程師們無需到現(xiàn)場，而是遠程控制操作，不僅節(jié)省了大量的人力物力財力，而且也大大加快了升級速度。

目前，世界PLD市場上，各種PLD產品之間的競爭日趨激烈，隨著FPGA產品性能的不斷提高，正逐漸蠶食ASIC市場，然而，F(xiàn)PGA 的低端市場卻由于CPLD的發(fā)展而受到強烈的沖擊，CPLD產品已經開始逐漸取代FPGA 低端產品。

Dataquest目前新發(fā)布的一份預測報告顯示，到2003年，世界PLD市場將呈現(xiàn)ASIC、FPGA和CPLD三足鼎立、龍爭虎斗的局面?！?/font>