摘要：本文以Lattice公司的ispLSI系列器件為例，介紹了系統(tǒng)內(nèi)可編程（ISP）及其使用方法。

    關(guān)鍵詞：可編程邏輯器件（PLD）  數(shù)字系統(tǒng)  ispLSI

ispLSI系列器件

    PLD器件自70年代發(fā)明發(fā)來，從熔絲型發(fā)展到光可擦除型；到80年代發(fā)展成為電可擦除型；到90年代，美國Lattice半導(dǎo)體公司開發(fā)出采用ISP（在系統(tǒng)內(nèi)編程）技術(shù)的PLD——ispLSI系列。該系列器件集成度1000～25000門，引腳到引腳延時(shí)最小可達(dá)3.5ns，系統(tǒng)工作速度最高可達(dá)180MHz。器件具有在系統(tǒng)內(nèi)可編程（ISP，In-System Programmable）能力和邊界掃描測(cè)試能力，適合在計(jì)算機(jī)、儀器儀表、通信、雷達(dá)、DSP系統(tǒng)和遙測(cè)系統(tǒng)中使用。ISP技術(shù)可以使用戶具有在自行設(shè)計(jì)的目標(biāo)系統(tǒng)中對(duì)邏輯器件進(jìn)行編程或者反復(fù)改寫。ISP技術(shù)為用戶提供了傳統(tǒng)技術(shù)無法達(dá)到的靈活性，可以大大縮短電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期，簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，降低生產(chǎn)成本，并可在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行邏輯重構(gòu)和升級(jí)。ISP技術(shù)使硬件隨時(shí)能夠改變組態(tài)，實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)計(jì)的軟件化。

    Lattice公司的ispLSI器件既有PLD的性能和特點(diǎn)，又有現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列（FPGA）的高密度和靈活性。它強(qiáng)有力的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)各種邏輯功能，其中包括寄存器、計(jì)數(shù)器、多路選擇、譯碼器和復(fù)雜狀態(tài)機(jī)等，能夠滿足對(duì)高性能系統(tǒng)邏輯的需求，廣泛地適用于各個(gè)領(lǐng)域。

    目前Lattice公司生產(chǎn)的ispLSI器件分為6個(gè)系列：ispLSI1000/E系列，ispLSI2000/E/V/VE系列，ispLSI3000系列，ispLSI5000V系列，ispLSI6000系列和ispLSI8000系列。這六個(gè)系列的器件在用途上有一定的側(cè)重點(diǎn)，所以在結(jié)構(gòu)和性能上存在細(xì)微的差異，有的速率快，有的密度高，有的成本低，適用對(duì)象具有針對(duì)性。在使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)各系列器件的特點(diǎn)和適用范圍來選擇。

    iapLSI器件的編程方便簡(jiǎn)單，使用ISP編程電纜和下載的ISP軟件就可以完成編程工作。在連接時(shí)，編程電纜一端連接在電腦的并口上，一端連接在被編程器件所在電路板的ISP接口上。為配合其PLD的使用和開發(fā)，Lattice公司推出的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件為ispEXPERT，設(shè)計(jì)輸入可以采用原理圖、硬件描述語言和混和輸入三種方式。它能對(duì)所設(shè)計(jì)的數(shù)字電子系統(tǒng)進(jìn)行功能仿真和時(shí)序仿真的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，能對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行邏輯優(yōu)化，將邏輯映射到器件中去，自動(dòng)完成布局并生成編程所需要標(biāo)準(zhǔn)的熔絲圖JED編程文件。最后可以隨時(shí)通過連接電纜，將編程文件下載到器件中去。

    編程過程分三步：1.按地址和命令將JED文件中的數(shù)據(jù)自串行輸入端（SDI）輸入數(shù)字寄存器；2.將編程數(shù)據(jù)寫入E2CMOS邏輯單元；3.將寫入的數(shù)據(jù)自串行輸出端（SDO）輸出進(jìn)行校驗(yàn)。

ispLSI器件設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

    本文使用基于PC的六軸伺服控制卡作為設(shè)計(jì)實(shí)例，采用TI公司的DSP（數(shù)字信號(hào)處理器），TMS320F240為工作核心微處理芯片，包括光電編碼器輸入模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路模塊，DSP-PC通信雙口RAM模塊和擴(kuò)展RAM模塊（見圖1）。光電編碼器輸入模塊中包括六路數(shù)字濾波電路、四分頻、鑒相電路、16位可逆計(jì)數(shù)器電路、輸出緩沖/鎖存器電路、選通電路。這一模塊各部分電路中，大部分都為數(shù)字電路。由于是六路輸入，因此需要的邏輯器件數(shù)目很多。采用傳統(tǒng)數(shù)字電路，例如TTL和CMOS器件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，電路復(fù)雜，板塊龐大，實(shí)際可行性不大。為此，在系統(tǒng)中使用了Lattice公司的ispLSI系列CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件），來實(shí)現(xiàn)這一部分?jǐn)?shù)字電路和邏輯控制。

    1.器件的選擇

    編碼器模塊電路總共使用I/O管腳數(shù)目為97個(gè)，大約需要30～40個(gè)GLB單元。選用ispLSI3256A-90LM芯片來實(shí)現(xiàn)六路光電編碼輸入模塊電路。它的集成度為11000門，具有128個(gè)I/O引腳，384個(gè)寄存器，48個(gè)GLB單元，管腳延遲為12ns，系統(tǒng)速度為90MHz，從資源和速度上