PLD设计工具分析

PLD（Programmable Logic Device）是一种由用户根据需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。目前主要有两大类型：CPLD（Complex PLD）和FPGA（Field Programmable Gate Array）。它们的基本设计方法是借助于EDA软件，用原理图、状态机、布尔表达式、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，最后用编程器或下载电缆，由目标器件实现。生产PLD的厂家很多，但最有代表性的PLD厂家为Altera、Xilinx和Lattice公司。

PLD的开发工具一般由器件生产厂家提供，但随着器件规模的不断增加，软件的复杂性也随之提高，目前由专门的软件公司与器件生产厂家使用，推出功能强大的设计软件。

过去， PLD的用户喜爱MAX+PLUS II的集成化特点（一个完全集成的设计实体，包括设计输入、综合、仿真、布局布线和时序分析），今天，同样还是那些用户，却要求最佳的综合工具、最佳的仿真工具和最佳的时序分析工具。PLD布局布线工具必须以某种方式满足这些不断变化的要求，这种方式使得整个设计方法在方向上更加以专用集成电路（ASIC）为中心。如果这种新的PLD设计方法正确地构造出来，它将比ASIC技术更快地促进IP内核的应用，并且，支持只有可编程技术才能提供的灵活性和定制能力。

现在，在高密度器件中使用IP内核已经是非常普遍的做法。尽管用户使用总线接口功能（如 66 MHz的PCI总线）和DSP功能（如FIR滤波器）已经有几年的时间，IP内核的应用最近又出现了三个基本的变化。首先是现在的专用编程器具有强大的功能和灵活性。例如，新的FIR编译器包含了一个支持4比特到32比特系数精度的内置系数生成器，可以设计任何抽头数目的滤波器。该编译器还支持样点的等间隔舍入、内插以及串行和并行的算法结构选项，从而使用户可以按照自己的性能和布局面积要求优化滤波器，并且，可以容易地修改和重新评价滤波器以满足系统的要求。

下面介绍主要器件生产厂家和开发工具。

①ALTERA：20世纪90年代以后发展很快。主要产品有：MAX3000/7000、FELX6K/10K、APEX20K、ACEX1K、Stratix等。其开发工具-MAX+PLUS II是较成功的PLD开发平台，最新又推出了Quartus II开发软件。Altera公司提供较多形式的设计输入手段，绑定第三方VHDL综合工具，如：综合软件FPGA Express、Leonard Spectrum，仿真软件ModelSim。

②XILINX：FPGA的发明者。产品种类较全，主要有：XC9500/4000、Coolrunner（XPLA3）、Spartan、Vertex等系列，其最大的Vertex-II Pro器件已达到800万门。开发软件为Foundation和ISE。通常来说，在欧洲用Xilinx的人多，在日本和亚太地区用ALTERA的人多，在美国则是平分秋色。全球PLD/FPGA产品60%以上是由Altera和Xilinx提供的。可以讲Altera和Xilinx共同决定了PLD技术的发展方向。

③Lattice-Vantis：Lattice是ISP（In-System Programmability）技术的发明者。ISP技术极大地促进了PLD产品的发展，与ALTERA和XILINX相比，其开发工具比Altera和Xilinx略逊一筹。中小规模PLD比较有特色，大规模PLD的竞争力还不够强（Lattice没有基于查找表技术的大规模FPGA），1999年推出可编程模拟器件，1999年收购Vantis（原AMD子公司），成为第三大可编程逻辑器件供应商。2001年12月收购Agere公司（原Lucent微电子部）的FPGA部门。主要产品有ispLSI2000/5000/8000，MACH4/5。

④ACTEL：反熔丝（一次性烧写）PLD的领导者。由于反熔丝PLD抗辐射、耐高低温、功耗低、速度快，所以在军品和宇航级上有较大优势。ALTERA和XILINX则一般不涉足军品和宇航级市场。

⑤Quicklogic：专业PLD/FPGA公司，以一次性反熔丝工艺为主，在中国地区销售量不大。

⑥Lucent：主要特点是有不少用于通讯领域的专用IP核，但PLD/FPGA不是Lucent的主要业务，在中国地区使用的人很少。

⑦ATMEL：中小规模PLD做得不错。ATMEL也做了一些与Altera和Xilinx兼容的片子，但在品质上与原厂家还是有一些差距，在高可靠性产品中使用较少，多用在低端产品上。

⑧Clear Logic：生产与一些著名PLD/FPGA大公司兼容的芯片，这种芯片可将用户的设计一次性固化，不可编程，批量生产时的成本较低。

⑨WSI：生产PSD（单片机可编程外围芯片）产品。这是一种特殊的PLD，如最新的PSD8xx、PSD9xx集成了PLD、EPROM、Flash，并支持ISP（在线编程），集成度高，主要用于配合单片机工作。

顺便提一下：PLD（可编程逻辑器件）是一种可以完全替代74系列及GAL、PLA的新型电路，只要有数字电路基础，会使用计算机，就可以进行PLD的开发。PLD的在线编程能力和强大的开发软件，使工程师可以几天，甚至几分钟内就可完成以往几周才能完成的工作，并可将数百万门的复杂设计集成在一颗芯片内。PLD技术在发达国家已成为电子工程师必备的技术。