Лекция 4. Продукция фирмы Xilinx

Лекция 4 – Продукция фирмы Xilinx

Микросхемы ПЛИС фирмы Xilinx. В 1985 г. американская фирма Xilinx [1] представила новый тип логических микросхем – перепрограммируемые пользователем базовые матричные кристаллы (Field Programmable Gate Array, или FPGA). Эти микросхемы представляют разработчику электронных устройств все преимущества использования стандартных БМК, добавляя при этом гибкость и значительное сокращение времени выхода устройства на рынок готовой продукции. Возможность реконфигурации кристалла непосредственно на рабочем месте даёт принципиально новые средства коррекции ошибок при проектировании. Кроме этого, фирма Xilinx выпускает микросхемы с традиционной PAL-архитектурой – Complex Programmable Logic Devices (CPLD).

Компания Xilinx выпускает семь серий ПЛИС двух типов:

· FPGA – Field Programmable Gate Array,

· CPLD – Complex Programmable Logic Device/

Каждая серия содержит от одного до нескольких семейств, в свою очередь, состоящих из ряда кристаллов различной ёмкости, быстродействия, типов корпуса. На рисунке 4.1 показаны серии ПЛИС фирмы Xilinx и входящие в них семейства микросхем.

Рисунок 4.1 – ПЛИС фирмы Xilinx

Основные особенности ПЛИС фирмы Xilinx:

Рекомендуемые материалы

· значительный объём ресурсов – до 10 млн системных вентилей на кристалл (по данным на 2001 г.),

· высокая производительность с системными частотами до 420 МГц,

· технологические нормы – до 0.12 мкм при восьми слоях металлизации,

· высокая гибкость архитектуры с множеством системных особенностей: внутреннее распределение и блочное ОЗУ, логика ускоренного переноса, внутренние буферы с третьим состоянием и т.д.,

· возможность инициализации и верификации через порт JTAG,

· возможность программирования прямо в системе,

· широкая номенклатура кристаллов по типу исполнения,

· конкурентоспособная стоимость,

· низкое энергопотребление,

· короткий цикл проектирования и быстрое время компиляции,

· развитые и недорогие средства проектирования,

· возможность перевода проектов в заказные схемы фирмы Xilinx.

Подробная информация приведена на официальном сайте [5] фирмы Xilinx. В 2001 г. фирма Xilinx подписала дистрибьюторское соглашение с ЗАО “Инлайн Груп” (г. Москва), которое в настоящее время является единственным официальным дистрибьютором фирмы Xilinx в России.

Основные технологии изготовления ПЛИС. Спектр выпускаемых фирмой кристаллов программируемой логики очень широк, поэтому и возможности применения ПЛИС фирмы Xilinx также неограниченны, начиная от реализации крупносерийных недорогих логических схем и распространяясь на высокоскоростную цифровую обработку сигналов, разнообразные интерфейсы и т.д. При изготовлении ПЛИС фирмой Xilinx используются три основные технологии:

· на основе статического ОЗУ (тип FPGA), при этом конфигурация ПЛИС хранится во внутреннем «теневом» ОЗУ, а инициализация осуществляется из внешнего массива памяти. По данной технологии выполнены серии: Spartan, Virtex, XC3000, XC4000, XC5200;

· на основе FLASH-памяти (тип CPLD), в данном случае конфигурация сохраняется во внутренней энергонезависимой FLASH-памяти и в любой момент времени может быть перезаписана непосредственно из ПК. По данной технологии выполнена серия ХС9500;

· на основе ЭППЗУ (тип CPLD), в данном случае конфигурация сохраняется во внутреннем энергонезависимом перепрограммируемом ЭППЗУ и в любой момент времени может быть перезаписана непосредственно из ПК. По данной технологии выполнена серия CoolRunner.

Конфигурационная последовательность (bitstream) может быть загружена в ПЛИС FPGA непосредственно в системе и перезагружена неограниченное число раз. Инициализация ПЛИС производится автоматически, из загрузочного ПЗУ фирмы Xilinx (XC1700 и XC18V00 серий) при подаче напряжения питания или принудительно по специальному сигналу. Процесс инициализации занимает от 20 до 200 мс, в течение которых выводы ПЛИС находятся в высокоомном состоянии (подтянуты к логической единице).

Микросхемы типа CPLD, серий ХС9500 и CoolRunner, программируются непосредственно в системе через порт JTAG из ПК, что исключает необходимость применения программатора. Через JTAG-порт обеспечивается и внутреннее тестирование схемы.

На этапе отладки конфигурация может загружаться с компьютера с помощью двух видов кабелей: Parallel Cable III, MultiLinx Cable. Все кабели позволяют проводить программирование по JTAG-порту микросхем CPLD.

При выборе кабеля необходимо учитывать следующие свойства: кабель Parallel Cable III подключается к параллельному порту персонального компьютера, поддерживает загрузку FPGA и программирование CPLD, а также обратное считывание конфигурации через порт JTAG. Напряжение питание подаётся с платы (5 В), кабель MultiLinx Cable подключается к порту RS-232 персонального компьютера или рабочей станции, а также к порту USB персонального компьютера. Функционально это аналог Xchecker Cable, но с большим набором режимов конфигурации. Напряжение питания подаётся с платы (2.5…5 В).

Программное обеспечение ПЛИС фирмы Xilinx. Фирма Xilinx предлагает полный набор программного обеспечения (ПО), позволяющего разработать ПЛИС своей фирмы. ПО включает в себя схемотехнический ввод, VHDL/Verilog синтез, функциональное моделирование, трассировщик кристаллов, моделирование после трассировки и многое другое.

Существует четыре основных пакета ПО:

· Alliance Series – пакет, включающий в себя модули только для трассировки и интерфейсы к схемным и текстовым редакторам ввода проекта других фирм;

· Foundation Series – пакет, включающий схемотехнический ввод, VHDL/Verilog синтез, функциональное моделирование, трассировщик кристаллов, моделирование после трассировки;

· WebFitter – трассировшик ПЛИС CPLD серии ХС9500. Данный продукт доступен только по сети Internet, физически расположен на сервере фирмы Xilinx. Пользователю доступен только интерфейс.

· WebPack – свободно распространяемое через сеть Internet ПО для разработки ПЛИС серий ХС9500 и CoolRunner, а также FPGA семейства Spartan-II и микросхему семейства Virtex-E XCV300E. Загружается бесплатно по сети Internet и устанавливается на ПК.

Также фирма Xilinx разрабатывает специализированные модули, так называемые логические ядра (CORE), которые могут быть использованы как библиотечные элементы при проектировании устройств на базе ПЛИС. Подробная информация приведена на сайте [6].

Вопросы для закрепления материала

1. Основные особенности ПЛИС фирмы Xilinx.

2. Основные технологии изготовления ПЛИС фирмы Xilinx.

3. Типы и серий ПЛИС фирмы Xilinx.

4. Основные пакеты программного обеспечения САПР ПЛИС фирмы Xilinx.

Литература

Вам также может быть полезна лекция "Лекция 8-9".

1. Кнышев Д.А., Кузелин М.О. ПЛИС фирмы «Xilinx»: описание структуры основных семейств. –М.: Издательский дом «Додэка-ХХ», 2001, –239 с (с. 11-15).

2. Тарасов. И.Е. Разработка цифровых устройств на основе ПЛИС Xilinx с применением языка VHDL. "Горячая линия - телеком", Москва, 2005.

3. Зотов В.Ю. Проектирование цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы Xilinx в САПР WebPACK ISE. "Горячая линия - телеком", Москва, 2003.

4. Кузелин М.О., Кнышев Д.А., Зотов В.Ю. "Современные семейства ПЛИС фирмы Xilinx". "Горячая линия - телеком", Москва, 2004

5. http://www.xilinx.com/

6. http://www.xilinx.com/ipcenter/index.htm.