基于CPLD的高速存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

O 引言
信息存儲(chǔ)是信息科學(xué)研究的重要內(nèi)容之一。在信號(hào)處理、智能儀器及工業(yè)自動(dòng)控制等領(lǐng)域都存在著信息存儲(chǔ)的內(nèi)容。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)的速度要求越來越高，因此，數(shù)據(jù)高速存儲(chǔ)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，已成為一個(gè)十分重要的問題。本文簡要介紹了一種基于可編程邏輯器件的高速存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并給出了其軟件及硬件設(shè)計(jì)思路。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目前常用的可編程邏輯器件主要有FPGA與CPLD。它們都是可編程ASIC器件，有很多共同特點(diǎn)，但二者在結(jié)構(gòu)上有一定差異：FPGA在結(jié)構(gòu)上主要分為可編程I／O單元、基本可編程邏輯單元、嵌入式塊RAM、豐富的布線資源、底層嵌入功能單元和內(nèi)嵌專用硬核等。而CPLD則主要由可編程I／O單元、基本邏輯單元、布線池和其它輔助功能模塊構(gòu)成。二者結(jié)構(gòu)的不同使其又具有各自的特點(diǎn)：FPGA更適合于完成時(shí)序邏輯，而CPLD則適合完成各種算法和組合邏輯。也就是說，F(xiàn)PGA更適合于觸發(fā)器豐富的結(jié)構(gòu)，而CPLD則適合于觸發(fā)器有限而乘積項(xiàng)豐富的結(jié)構(gòu)。FPGA的分段式布線結(jié)構(gòu)決定了其延遲的不可預(yù)測性，而CPLD的連續(xù)式布線結(jié)構(gòu)則決定了它的時(shí)序延遲是均勻的和可預(yù)測的。
與FPGA相比，CPLD比較適合復(fù)雜狀態(tài)機(jī)、存儲(chǔ)控制器等應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于高速領(lǐng)域和實(shí)時(shí)測控等方面，具有高速、高可靠性的特點(diǎn)?；谝陨锨闆r，本系統(tǒng)采用CPLD作為系統(tǒng)主控制器。同時(shí)選用SRAM存儲(chǔ)器IC61LV2568―8T芯片。該SRAM存儲(chǔ)器的初始存取等待時(shí)間很短，可廣泛應(yīng)用于需要快速存取數(shù)據(jù)的場合。

2 IC61LV2568―8T的操作時(shí)序
IC6lLV2568―8T是一款高速低功耗靜態(tài)RAM存儲(chǔ)器。該芯片采用高性能CMOS技術(shù)制造，最小存取時(shí)間可達(dá)8ns，待機(jī)功耗為36mW，兼容TTL電平輸入輸出。該芯片工作時(shí)不需要時(shí)鐘控制及刷新。其讀寫時(shí)序圖如圖1所示。

3 硬件電路
本系統(tǒng)采用Lattice公司的ispMACH LC4526V作主控制器。這是一款高速、低功耗且配置有JTAG口，可支持ISP編程的高密度PLD。此芯片屬于ispMACH 4000V／B／C系列，其最高工作頻率可達(dá)322 MHz，傳輸延時(shí)為3．0 ns。它的靜態(tài)電流典型值為1.3 mA(對(duì)于4000C系列)。應(yīng)用時(shí)，可用硬件描述語言設(shè)計(jì)程序，再借助EDA工具進(jìn)行行為仿真、功能仿真和時(shí)序仿真，最后通過綜合工具產(chǎn)生網(wǎng)表，再下載到目標(biāo)器件，從而生成硬件電路。CPLD與存儲(chǔ)器的硬件連接如圖2所示。
因系統(tǒng)的有源晶振頻率為200 MHz，因該頻率已是高頻，故在電路設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮一定的阻抗匹配問題。晶振輸出腳與CPLD時(shí)鐘輸入腳之間應(yīng)接有電阻R，這個(gè)電阻便是為了信號(hào)阻抗匹配而串接的。而在程序設(shè)計(jì)時(shí)，可以將晶振輸入的時(shí)鐘信號(hào)分頻。
對(duì)于兩片RAM，可進(jìn)行乒乓操作。其硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。事實(shí)上，對(duì)于兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的乒乓操作，還需要系統(tǒng)軟件來共同完成。