CPLD技术的使用

中国科技纵横2010 NO.23China Science And TechnologyIT技术CPLD技术的使用张丽丽郑州煤炭高级技工学校河南新郑451150[摘 要]文章主要介绍了CPLD器件的使用及其设计过程。采用Verilog HDL语言蝙写控制程序,阐明了利用Verilog HDL硬件描述语言进行CPLD开发的一般思路和方法。并通过利用MAX+PLUSII开发软件，详细介绍了MAX+PLUSII开发软件在现代数字电路中设计的应用。间[关键词] CPLD数字 系统设计Verilog HDL当今社会是数字化的社会.是数字集成电路广泛应用的社会,可靠性还表现在几乎可将整个系统下载于同-芯片中. 从而大大缩数字集成电路本身在不断的进行更新换代。它由早期的电子管.晶小了体积，易于屏蔽。体管.中小规模集成电路.发展到超大规模集成电路(VLSIC. 几(3)编程简便. CPLD产品中多为系统可编程器件.编程方法万门以上)以及许多具有特定功能的专用集成电路。但是，随着微极为便捷.因为它无需价格昂贵的专用编程器.只需-个十分简单电子技术的发展.设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂的下载编程电路和- -条PC机的打印机，通讯线就可以了，无需专商来独立承担。系统设计师们更愿意自2设计专用集成电路(ASIC)用编程高电压并可进行所谓的菊花链式多片串行编程.其编程次芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好在实验室里就能数多达一-万次，如Lettice公司的isPLS和AMD公司的MACH系列。设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而出现(4)易学易用。用微处理器设计数字电路系统，对于行家来了现场可编程逻辑控制(FPLD), 其中应用最广泛的当属现场可编说是十分简单的事情.然而对于初学者.却并不是一-件容易的事.程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD). CPLD是复杂可因为他不仅要求熟悉软件,而且还要有丰富的硬件开发经验:不仅编程逻辑器件(complex progammable logic devices)的简称。CPLD要熟悉各种单片机的开发系统的使用方法.而且还要熟悉各种在线是电子技术领域中最具活力和发展前途的一项技术。CPLD能做什测试仪表的使用方法，另外还需要掌握大的与设计毫无关系的技么呢?可以说. CPLD能完成任何数字器件的功能.上至高性能CPU.能技巧。下至简单的74电路.都可以用CPLD来实现。工程师可以通过传统(5)开发周期短。许多可编程逻辑器件供应商都免费推出了的原理图输入法，或是硬件描述语言自由的设计-一个数字系统。通相应的EDA (电子设计自动化)软件,这些软件能支持本公司的大过软件仿真，我们可以实现验证设计的正确性。在PCB完成以后，多数CPLD器件的设计，如Altera公司的MAX+PLUSI B, Lattice 公还可以利用CPLD的在线修改能力。随时修改设计而不必改动硬件司的isPLEVER Starter.电路,使用CPLD来开发数字电路.可以大大缩短设计时间，减少(6)系统的可测试性好。对于传统的设计方法，如单片机仿PCB面积，提高系统的可靠性。真器的使用仅仅只能在最终系统上进行局部的硬件仿真调试,在个设计的中间过程是无能为力的。至于.硬件系统测试.由于现在1、CPLD概述的许多系统主板不但层数多，而且许多器件都是BGA封装，所有引CPLD是一种具有丰富的可编程I/0引脚的可编程逻辑器件.脚都在芯片的底面.焊接后普通的仪器仪表便无法接触到所需要的具有在系统编程使用灵活方便的特点,不但可实现常规的逻辑器件信号点.因此无法测试。功能，还可实现复杂的时序逻辑功能。随着生产工艺的逐步提高以(7) 系统易维护.易升级。由于ISP (在系统编程)技术中.及CPLD开发系统的不断完善，CPLD器件容也由几百门飞速发展所具有的特点，使得对系统的维护和升级只要一台计算机和下载电缆就能实现。今后.也完全可以通过互联网或其他通信工具对远隔80年代末, Latice公司提出了在系统可编程技术,并推出了一系列千里的用户系统进行硬件版本的升级。具备在系统可编程能力的CPLD器件。它属于高密度可编程逻辑器件(HDPLD)。CPLD器件.复杂可编程逻辑器件。至少包括三种结3、Verilog HDL硬件描述语盲构:可编程逻辑宏单元;可编程I/O单元:可编程内部连线。CPLD3.1Verilog HDL的历史及其特点:器件采用CMOS技术。所有的PLD器件是包含-一个有与门和或门的硬件描述语言的发展已有20多年的历史，并成功地应用于设与或阵列,与或阵列的结构可以通过改变与或阵列的连接实现不同计的各个阶段:建模.仿真.验证和综合等,进入20世纪80年代的逻辑功能。CPLD 采用与阵列可编程/或阵列固定的与或阵列。L后期.硬件描述语言向着标准化的方向发展。最终Verilog HOL与公司的PLSI系列器件具有CPLD典型的结构和特性.是目前功能强VHDL语言适应了这种趋势的要求，先后成为IEEE 标准。与VHDL性能优方便易用的CPLD器件之一，具有一定的代表性。语言相比，它的最大优点是非常容易掌握.而且直观:在门级开关CPLD器件的设计一般可以分为设计输入。设计实现和编程三电路描述方面也比VHDL强的多。个设计步鄹及相应的前仿真(功能仿真),后仿真(时序仿真)和在几十年前，当时所做的复杂数字逻辑电路及系统的设计规模测试三个设计验证过程。(1)设计输入。设计输入有多种表达方式.比较小，也比较简单.其中用到的FPGA或ASIC设计工作只能采用电路图(使用元件符号和连线等符号)和HDL硬件描述语言(用文厂家提供的专用电路图输入工具来进行。为了满足设计性能指标，本形式描述)是最常用的两种形式。(2) 设计实现。通过以下几个工程师往往需要花好几天或更长的时间进行手工布线。工程师还要华相关任务完成:优化/合并/映射/布局/布线/生成编程数据文件。非常熟悉所选器件的内部结构和外部引线特点.才能达到设计要(3) 器件编程。即将编程数据放到具体的可编程器件中。器件编求。这种低水平的设计方法大大延长了设计周期。程需要满足一定的条件.如编程电压.编程时序和变成算法等。(4)3.2 Verilog HDL的设计流程设计效验。包括相应的前仿真. 后仿真和测试三部分。Verilog HDL设计流程CPLD具有用户可编程.时序可预测。速度高和容易使用等优点。上至高性能CPU,下至简单的74LS电路.2、CPLD 的特点:都可以用CPLD来实现。而且CPLD的可编程性,使修改和产品升级(1) 高速。CPLD的时钟延迟可达到纳秒级.结合其并行工作变得十分方便。用户可以根据原理图或硬件描述语言自由地设计一方式，在超高速应用领域和实时监控方面有着非常广阔的应用前个数字系统.然后通过软件仿真，事先验证设计的正确性。采用T景。以对A/D进行数控采样控制为例.采样周期包括对A/D工作Verilog HDL语言进行软件编程，利用MAX+PLUSI软件平台进行设时序的控制和将每一-次获得的数据存入RAM或FIFO中工作于计输计输入可采用原理12M-2晶振频率的MCS51系统单片机对A/D控制的采用频率为图输中国煤化工工具生成的设计网表文20KHZ左右。二序仿真和定时分析器(2)高可靠性。CPLD在大多的应用中,无需考虑初始位,另件编程THCNMHGAD器件，在线校验是外“死机”(进入非法状态)情况是可预测的。这包括非法状态的对编程后的CPLD器件加入实际的激励信号进行测试.检查是否可数量和进入状态的可测性。设计中只需将闲置状态设置为同一初始完成预定功能:最后完成整个系统设计.入口,这样就能有效的防止任何可能的“死机” 现象。CPLD的高(下转第15页)15中国科技纵横China Science & Technology中国科技纵横2010NO.23China Science And Technology工业及工程技术表2沉桩工程安全检查表检查序号检查项目检查内容检查要求结果|备注1施工方案编制是否编制施工方案(施工组织设计)并按规定经专家论证.是否按专家意见进行修改?施工工艺和施施工企业资质施工企业资质是否符合规定?对施工工艺是否熟悉)工方案施工方案执行施工是否按施工方案进行实施?I 施工安全技术措施I施工安全技术措施审核、防护性安全技术是否实地勘察后制定桩I桩及吊点是否符合安全要求?材料[桩运输控制桩运输控制是否符合规定?桩堆放I 桩贮存的数量、位置是否有明确规定?是否符合安全规定|8| 船舶有效证件I 机械进场报验制度执行情况?大型机械设备和船舶是否具有有效证施工设备及设备的性能起重船舶或起重设备的性能是否良好?设施设备验收桩架或起重设备拼装完成后是否检查验收?设备维修保养船舶和机械设备是否按规定进行维修保养?[_12I 临时用电情况I打桩设备(或打桩船)临时用电是否符合安全规定?[13作业天气情况风、浪、能见度，雷电等是否符合规定2C 14周围环境影响周国岸坡与建筑物是否影响施工?| 陆上沉桩施工现场是否平整整洁?打桩机轨道是否平顺.准确.牢|1| 作业现场合理性作业环境条件固轨道端部止轮器是否设置?打桩船锚缆布置合理性2| 船舶是否悬挂昼夜显示的警示信号和标志.是否设置必要警戒标志|16安全防护.标志I和警戒船，已沉桩区两端是否设置警示标志现场照明I现场照明是否符合规定?夜间照明是否满足要求?C 18交底I 是否进行交底并记录?是否进行班前安全活动?C1监理I监理是否及时到位?在船人员违章f是否存在作业人员上岗前或在船期间饮酒?吊桩人员和船舶操作人员| 吊桩桩身是否平稳起吊，吊桩是否至适合高度再立桩入龙口:起吊|2作业现场管理是否有违章操作E.. 后桩架和吊钩下是否站人22指挥人员是否存在违章操是否存在违章操作: 如无指挥,信号不明确等情况?| 打桩过程中对突变情况(贯入度突变、桩身突然倾斜.桩头或桩身| 突变情况处理破坏，地面隆起、桩身上浮等情况是否及时进行处理?运用修正后的系列安全检查表对岳阳港城陵矶港区(松阳湖)化学工业出版社，2005.4.一期工程进行了危险源辨识和管理，取得了良好效果。[4] 中国建设股份有限公司.施工现场危险源辨识与凤险评价实施指南[M]_2008.41-42.4、结语5] 中华人民共和国建设部《建筑施工安全检查标准) [S]结合港口工程的施工特点.规范.规定和行业经验.对《建筑(JGj59-99 )江安全检查标准》提供的安全检查表进行改进和增加.将其应用6l] 中交第一航务工程局.《安全手册》( QG/YH8.1-2003 )于港口工程的危险源辨识中。通过该方法对港口工程进行危险源辨(S].20030能有。可以比较快捷的识别和查明施工现场存在的危险和隐患.[71 陈宝智。危险源辨识控制及评价[M].成都:四川科学技术效减少现场事故发生率，对施工现场安全管理和检查具有重要意出版社，1996. 9[8] DB]13 -91- 2007,建设工程施工重大危险源辨识和监控技术参考文献规程[S].1中华人民共和国国家标准《职业健康安全管理体系规范》基金项目:交通部科技项目(2007- -328- -224- -24)(GB/T 28001- 200) (S.作者简介:洪宁宁.女.1980年3月.助理研究员,硕士研究[2]詹水芬，戴明断，洪宁宁等.港口工程重大危险源辨识和生，从事港口工程专业方向工作。任职于交通运输部天津水运工程监控0].天津科技，2008(6); 81-83.科学研究院。[3]刘铁民,张兴凯，刘功智安全评价方法应用指南[M].北京:(上接第45页)而无需自己用基本的逻辑单元来构成某种功能,以大大减轻设计人员的工作量，缩短设计周期。4、MAX+PLUSII开发软件特点用CPLD实现数字系统设计电路.关键技术是必须有一个优秀[1|徐建仁.数字集成电路应用与实验.长沙:国防科技大学出版的开发软件。Altera 公司的开发软件MAX+PLUSII界面丰富，从而社,1999.使设计灵活高效.(2]杨晖,张凤言大规模可煸程逻辑器件与数字系统设计.北京(1)开放的界面。MAX+PLUSI软件可与其他工业标准设计输航空航天大学出版社,入.综合与校验工具相连接.设计人员可以使用Altea或标准EDA[3] 周立功夏宇闻.单片机与CPLD综合应用技术,北京航空航设计输入工具来建立逻辑设计。天大学出版社2003.(2)完全集成化的环境。它是一-个完全集成化.易学易用的[4] 徐志军,徐光辉.CPLD/FPGA的开发与应用.电子工业出版可编程逻辑设计环境.设计输入方式有图形输入.文本输入，波形社输入.状态机设计输入，其编译及设计处理与仿真.定时分析.逻{5] 黄正瑾.CPLD系统入门与应用北京电子工业出版社2002辑综合与适配为Windows围形界面。社,199中国煤化工电子科技大学出版(3)支持各种硬件描述语言.支持各种HDL设计输入选项.包括VHDL. ABEL. AHDL等硬件描述语言.出版社MYHCNMHG;编写委员会.国防工业(4)丰富的设计库.提供丰寓的库单元供设计调用.包括74LS系列的全部器件和多种特殊的逻辑宏功能，新型的参数化功能.对[8} 专用集成电路和集成电路自动化设计方法.中国集成电路于复杂的大系统，设计者需调用宏单元库，并对其修改某些参数.大全编写委员会，国防 工业出版社,1997.15中国科技纵横China Science & Technology