Суворова Е.А., Шейнин Ю.Е. Проектирование цифровых систем на VHDL (2003), страница 7

Однако сроки создания полузаказных СБИС существенно больше, чем реализация устройства на РРОА. Программируемые пользователем вентильные матрицы (РРОА). Дальнейшее развитие идеи БМК находят в создании другого класса СБИС вЂ” вентильных матриц, программируемых пользователем, по-английски — Р1е!д РгоягапппаЫе Оаге Аггау (РРОА), буквально — вентильных матриц, программируемых на месте применения.

В русском наименовании СВИС этого класса часто называют программируемыми логическими интегральными схемами, ПЛИС; однако не все авторы принимают такое наименование как русскоязычный аналог РРОА. Общность идеи БМК и РРОА состоит в том, что СБИС выпускается большими сериями, но является не законченным устройством, а кристаллом- заготовкой для реализации на ее базе конкретных устройств в интегральном исполнении.

Так же, как и в БМК, в РРОА наполнением кристаллов- заготовок являются массивы идентичных схемных компонентов, которые будут потом конфигурироваться и объединяться связями, чтобы реализовывать те или иные функции. Принципиальная разница между БМК и РРОА состоит в том, что конфигурирование и прокладка связей между базовыми ячейками осуществляется без напыления дополнительных слоев на кристалл. Все это выполняется программными настройками, задаваемыми через внешние контакты готовой СБИС.

Такой кристалл-заготовку не надо "до- Уровни и процесс проектирования СБИС делывать" в производстве, как БМК, чтобы получить реализацию проектируемого устройства. Готовый кристалл СБИС РРОА, часто уже корпусированный, заключенный в стандартный корпус, надо лишь запрограммировать, настроить на реализацию нужных функций. Внутренняя организация РРОА, на общем уровне, похожа на организацию канальных БМК.

В ней также есть массив базовых ячеек на внутренней части плошади кристалла и массив периферийных ячеек по его периметру. Между базовыми ячейками проходят трассировочные каналы лля задания связей. Специфика и новое качество РРОА состоит в виде этих знакомых компонентов кристалла. Базовая ячейка принимает в РРОА вид конфигурируемого логического йока (ХА), СопбяцгаЫе Еоя!с В!оскс (С1.В). В современных РРОА реализация КЛБ часто имеет вид, весьма далекий от упоминаемых в названии РРОА вентилей (яагез) 1151. Так, широко распространенные семейства РРОА фирмы Хййх ХС4000Е, Чепех, Чепех-П имеют КЛБ, построенные на логических блоках табличного типа, так называемых Ьюй-1)р ТаЫез — ШТ. Табличный блок представляет собой блок памяти (в конфигурируемых КЛБ — перепрограммируемой памяти), которая хранит значения и-местной логической функции для всех возможных значений аргументов. Фактически в памяти прямо записывается таблица истинности задаваемой булевской функции от и аргументов.

Набор значений и аргументов подается как адрес на блок памяти, и из соответствующей ячейки выдается на выход значение функции. Для задания и-местной логической функции потребуется однобитный блок памяти, имеющий 2" ячеек. Например, в используемых в РРОА Хйпх КЛБ содержатся ШТ с четырьмя входами, т. е. 24=!6 бит памяти. Память — оперативная, так что в нее при конфигурировании РРОА может быть записана таблица истинности любой булевской функции от четырех аргументов. КЛБ обычно не исчерпываются одной ШТ, они могут включать несколько Ш()Т, а также логические схемы, триггеры. Например, КЛБ в Хйпх ХС4000 включает в себя 2 ЕОТ на 4 аргумента, 1 ЕОТ на 3 аргумента, 2 1)-триггера, связанных через несколько мультиплексоров, а также логические схемы вентильного уровня. Понятно, что универсальность и настраиваемость КЛБ требуют накладных расходов и не лучшим образом сказываются на быстродействии устройств.

Для повышения характеристик РРОА в них все активнее развивается линия на погружение в кристалл готовых функциональных блоков, спроектированных и оптимизированных на уровне схемотехники и топологии СБИС— блоков памяти, блоков умножителей и других, вплоть до целых процессорных блоков (например, "процессорные ядра" РРС405, "погруженные" в РРОА Хйпх Ч!ггех-П Рго, [191). Оборотной стороной гибкости, технологической простоты для пользователя реализации устройств на готовых СБИС РРОА являются ограничения по сложности и быстродействию создаваемых на их основе устройств. По Глава 1 20 сравнению с полузаказными СБИС, не говоря уже о заказных СВИС, сложность и быстродействие устройств на РРОА существенно меньше. Нельзя не упомянуть и о достаточно высокой стоимости СБИС РРОА. При достаточной серийности проектируемых устройств, единица СБИС при реализации в полузаказной СБИС будет ощутимо дешевле, чем в РРОА. Несмотря на все эти ограничения, РРОА являются важным и перспективным средством реализации проектируемых цифровых устройств.

Необходимо учитывать значение РРОА в современных условиях для отечественных разработчиков цифровых систем. РРОА являются изделиями массового производства, выпускаемыми несколькими фирмами, широко представленными на мировом рынке. Они доступны отечественным разработчикам изделий на СБИС, причем высокий технологический уровень их производства в мире может давать отечественному разработчику доступ к созданию СВИС большей сложности, чем зто можно сделать в виде, скажем, полузаказных СБИС, на текущих отечественных интегральных технологиях.

Наконец, РРОА являются идеальной платформой для отработки и верификации проектных решений. Разработав проект устройства на языке высокого уровня ЧН1УЬ, синтезировав его реализацию в РРОА, отладив и верифицировав результат синтеза, отработав тесты лля спроектированного устройства, можно получить отлаженный проект, который затем может переноситься в реализацию на полузаказных или заказных СБИС. Отработка 1Р-блоков на РРОА является типовым этапом его проверки перед включением в проекты систем-на-кристалле.

Мы упомянули только несколько видов кристаллов СВИС. На самом деле различных вариантов значительно больше. Детальный разбор их видов и методов организации можно найти, например, в 128). Бийаиотеки функциональных компонентов. В технологической цепочке проектирования СБИС (рис.

1.2) поуровневого синтеза реализации проектируемого устройства — от модели-спецификации на ЧНРЬ к логическому проекту, от логического проекта к схемотехническому проекту, от принципиальной схемы на уровне транзисторов к послойной топологии кристалла, автоматический синтез сосуществует с использованием на каждом из этих уровней библиотечных компонентов — несинтезируемых, разрабатываемых вручную.

Библиотеки функциональных компонентов, разного уровня— функциональных ячеек, макроячеек, 1Р-ядер — используются при разработке всех классов СБИС, и заказных СБИС, и полузаказных СБИС, и при реализации проектируемых устройств в РРОА. Библиотека таких компонентов создает новый, высокоуровневый базис реализации. Мы можем, например, описать на ЧНРЬ и автоматически синтезировать в РРОА блок умножителя из базовых ячеек общего назначения. Однако такой блок будет иметь существенно худшие характеристики по за- Уровни и процесс проектирования СБИС гт Логический синтез реализации устройства типовые этапы системы разработки на СБИС при проектировании на язы- ке ЧНРЬ представлены на рис. ЬЗ.

г )Р-блоки, макроячейки из библиотек ! — — — ° Разработка и ввод спецификации схемы на языке ННОЬ 1 Ввод схемы в графическом виде ! нноь Моделирование и функциональная верификация схемы Тесты (" Тестовые векторы" ) нноь Логический синтез схемы некии (аож, хнк н др.) Моделирование синтезированной реализации схемы некш гаож, хня ядр) Размещение реализации схемы на кристалле и трассировка Моделирование реализации схемы после размещения и трассировки Рис.

1.3. Этапы разработки системы на СВИС при проектировании на языке ННСЬ держкам и занимаемым ресурсам кристалла, чем библиотечный компонент, внутренняя организация и связи которого оптимизированы квалифицированными проектировтциками СБИС, с глубоки учетом специфики конкретного семейства СБИС. По сравнению же с "погруженными" в современные ГРСтА блоками умножителей — специализированными топологическими компонентами кристалла — разница будет составлять порядки величин. гг Глава у Синтез проектируемого устройства для его физической реализации в СВИС обычно выполняется поэтапно, несколькими компиляторами, синтезирующими программами, каждая из которых выполняет свой этап перевода с одного уровня представления проекта на другой (см. диаграмму ГайскогоКанна, рис.

1.1). Предметом основного рассмотрения в данной книге является этап логического синтеза, с которым имеет дело разработчик устройств на СБИС. После этого этапа, дальнейшие стадии проектирования/синтеза выполняют уже другие специалисты — специалисты фирмы-изготовителя СБИС (рис. !.2). Пакет Роцпг!аг!оп Ехргезз, предназначенный для проектирования реализации устройств в РРОА, формирует реализацию устройства на вентильном уровне (лаге 1ече! дез!яп), а также выполняет и ряд последующих этапов, но только для РРОА.