可編程邏輯器件

可編程邏輯器件（PLD）是一種集成電路，內含未賦值的邏輯元件和設置元件之間連接方式的方法。早期的PLD使用一種熔斷絲來確定內部的邏輯元件該如何排列。這種方法的缺點是，一旦PLD“被編程”，它的內部結構就會固定不變。如果編程有錯誤，或者在編程過程中出現了小故障，唯一的解決方法就是把芯片扔掉，換一片再編程。它們是不可修改、不可重寫的。

現在仍然能買到一次性可編程（OTP）邏輯器件，它們通常用在生產系統中，因為人們擔心有人會反向搭建 一個PLD并提取其編程模式�？梢圆脸�并重新編程的器件使用閃存、UV EPROM（可擦除可編程只讀存儲器）元件或其他技術為器件保留編程數據。

現有四種主要類型的PLD在使用，如表11-7所示。PAL和GAL器件都比較小，包含的邏輯元件數量也有限。CPLD器件則要復雜得多，每個都相當于將好幾個GAL類型的器件封裝在一起。FPGA類型的器件可能非常復雜，內部需要使用邏輯電路，例如微處理器、內存管理器、復雜狀態機等。

表11-7　PLD器件類型

PLD的基礎邏輯元件PAL、GAL等都相對比較簡單。

PAL器件中的邏輯元件排成一系列“固定的或、可編程與”功能模塊。每個模塊都實現了“產品之和”的二進制邏輯方程。若想了解PLD的基本工作原理，可以參考圖11-4中的電路，它只是類似于PAL器件內部邏輯電路的一部分。

圖 11-4　PAL 或GAL 器件內部邏輯電路的一部分

現在，假設我們要實現一個邏輯電路，功能如下面的方程：

C = (A ^ ~B) v (~A ^ ~B)

我們可以通過去除一些熔斷絲把這個方程編寫到器件中，反過來，這樣也使得與門邏輯元件只能有特定的輸入，如圖11-5所示。

圖 11-5　對PAL 邏輯配置以實現邏輯功能

PAL或GAL器件可以在很大程度上削減復雜邏輯電路所使用的元件數量。例如，一種用傳統邏輯門實現上面方程的方法需要用到兩個與門、兩個反相器、一個或門，這就要用到至少三片傳統邏輯芯片，同時上面有些門還用不到。PAL只用一個邏輯單元就完成了該功能，芯片上的其他邏輯單元還可用于其他功能。

當然，關于PLD器件的用途可遠遠不止于此。有些制造商為自己的器件提供免費的編程工具，這些工具支持VHDL、Verilog、Abel等硬件定義語言。也有的網站為微處理器和I/O控制器等器件提供免費的IP內核 或用VHDL/Verilog語言預先定義的FPGA邏輯。智能手機、平板電腦、嵌入式控制器、數碼相機中用到的ARM微控制器并不是以硅芯片的形式而是以IP內核的形式出售，可以由顧客植入到芯片中。

如果你對探索數字電子學的這一方面感興趣，那么建議你讀一讀克萊茨的Digital Electronics: A Practical Approach 或卡茨的Comtemporary Logic Design （這兩本書都列在了附錄C中）。阿爾特拉（Altera）、愛特梅爾（Atmel）、萊迪思（Lattice）、德州儀器、賽靈思（Xilinx）等制造商的網站上也有很多免費的信息，含有可編程邏輯器件的綜述和自己產品的詳述。