Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Последние годы характеризуются резким ростом плотности упаковки элементов на кристалле, многие ведущие производители либо начали серийное производство, либо анонсировали ПЛИС с эквивалентной емкостью более 1 млн. логических вентилей. Цены на ПЛИС неуклонно падают. Еще несколько лет назад ПЛИС емкостью 100 000 вентилей стоила от 1500 до 3000 долларов, а сейчас такая микросхема стоит от 100 до 350 долларов, то есть цены упали практически на порядок, и эта тенденция устойчива. В продаже появились ПЛИС емкостью 10000... 30000 логических вентилей стоимостью менее 10 долларов Приведем классификацию ПЛИС по структурному признаку, так как она дает наиболее полное представление о классе задач, пригодных для решения на той или иной ПЛИС. Следует заметить, что общепринятой оценкой логнчес39б .-:.. кой емкости ПЛИС является число эквивалентных вентилей, определяемое как ';, среднее число вентилей "2И-НЕ", необходимых для реализации эквивалентно, го проекта на ПЛИС и базовом матричном кристалле (БМК).
Понятно, что эта оценка весьма условна, поскольку ПЛИС не содержат вентилей "2И-НЕ" в чистом виде, однако для проведения сравнительного анализа различных архитектур она вполне пригодна. Основным критерием такой классификации явля' .
ется наличие, вид и способы коммутации элементов логических матриц. По ' . этому признаку можно выделить несколько классов ПЛИС. 1. Программируемые логические матрицы ПЛМ (Р1.А, РгойгапнпаЫе ' Бой)сАпау) — ПЛИС, имеюшие программируемые матрицы И и ИЛИ. Примерами таких ПЛИС могут служить отечественные схемы К556РТ1,РТ2,РТ21. Яедостаток такой архитектуры — слабое использование ресурсов программируемой матрицы "ИЛИ". 2. Программируемая матричная логика ПМЛ (РАЦ вЂ” это ПЛИС, имеющие программируемую матрицу "И" и фиксированную матрицу "ИЛИ". К этому классу относятся большинство современных ПЛИС небольшой степени интеграции. В качестве примеров можно привести отечественные ИС КМ 1556ХП4, ХП6, Х П8, ХЛ8, ранние разработки ПЛИС фирм П4ТЕЕ, АЬТЕВА, АМ0 и др.
Вышеперечисленные архитектуры ПЛИС содержат небольшое число ячеек, к настоящему времени морально устарели и применяются для реализации относительно простых устройств, для которых не су)цествует готовых ИС средней степени интеграции. 3. Базовые матричные кристаллы БМК, второе название которых — вентильные матрицы ВМ (ОА, Саге Аггау), представляют собой набор несоединенных логических элементов. 4. Программируемыс вентильные матрицьг ПВМ (РРОА, Р(е! г) РгодгапппаЫе ОаГе Апву) состоят из логических блоков (ЛБ) и ком мутирую ших пугей — программируемых матриц соединений.
Логические блоки таких ПЛИС состоят из одного .ипи нескольких относительно просгых логических элементов, в основе которых лежит таблипа перекодировки, программируемый мультиплексор, О- гример, а также цепи управлению Таких простых элементов может быть достаточно много, например, у современных ПЛИС емкостью до 1 млн. вентилей число логических элементов достигает нескольких десятков тысяч. За счет такого большого числа Логических элементов они содержат значительное число триггеров, а также некоторые семейства ПЛИС имеют встроенные реконфигурируемые модули памяти, что делаег ПЛИС данной архитектуры весьма удобным средством реазшзации алгорит' мов цифровой обработки сигналов, основными операциями в которых являются перемножение, умножение на константу, суммирование и задержка сигнала.
Вместе с тем, возможности комбинационной части таких ПЛИС ог раничены. 5. Программируемые коммутируемые матричные блоки ПКМБ ~СРЕР, Сотр1ех РгоягапипаЫе 1ля1с Рек)сея) содержат несколько матричных логических блоков (каждый из которых имеет структуру ПЛМ), объединенных коммутирующей матрицей. ПКМБ чаще применяют для реализации управляющих и интерфейсных схем, б. Программируемые аналоговые интегральные схемы ПАИС (РРАА, Рппсбопа1 РголтапппаЫе Апа!оя Апау) содержат комбинацию как цифровых, так и аналоговых элементов. 7.
Система на кристалле ВОРС (Буя!еш Оп Ргойгапипа)з)е СМр), имеющая другое название — БоС (Куя!ею-оп-СЫР). Дальнейшее развитие архитектур идет по пути создания комбинированных архитектур, сочетающих удобство реализации алгоритмов ЦОС на базе таблиц перекодировок и реконфигурируемых модулей памяти„характерных для РРОА-структур и многоуровневых ПЛИС с удобством реализации цифровых автоматов на СРЕЗ-архитектурах. В основе идеи БОРС лежит интеграция всей электронной системы в одном кристалле !например, в случае ПК такой чип объединяет процессор, память, и т, д,).
Компоненты этих систем разрабатываются отдельно и хранятся в виде файлов параметрнзнруемых модулей. Окончательная структура ВОРС-микросхемы выполняется на базе этих "виртуальных компонентов" с помощью программ систем автоматизации проектирования (САПР) электронных устройств — ЕРА 1Е1 ее!топ !с Рея 1 яп Ац1ошас1оп). Благодаря стандартизации в одно целое можно объединять "виртуальные компоненты" от разных разработчиков. 29.2. Программируемые логические матрицы (РЕА) Программируемые логические матрицы появились в середине 70-х годов. Основой их служит последовательность программируемых матриц элементов И и ИЛИ, В структуру входят также блоки входных и выходных буферных каскадов (Бзя и Бык). Входные буферы, если оии не выполняют сложных действий, преобразуют однофазные входные сигналы в парафазные и формируют сигналы необходимой мощности для питания матрицы элементов И.
Выходные буферы обеспечивают необходимую нагрузочную способность выходов, разрешают или запрещают выход ПЛМ на внешние шины с помощью сигнала ОЕ, а иногда выполняют и более сложные действия. Основными параметрами ПЛМ (рис. 29.1) являются число входов т, число термов! и число выходов и. Переменные хс ..х подаются через БВХ на входы элементов И (конъюнкторов), и в матрице И образуются 1термов Ь 398 Рис. 29.1. Базовая структура ПЛМ Под термом здесь понимается конъюнкция, связывающая входные переменные, представленные в прямой или инверсной форме.
Число формируемых термов равно числу конъюнкторов или, что то же самое, числу выходов матрицы И. Термы подаются далее на входы матрицы ИЛИ, т. е, на входы дизъюнкторов, формирующих выходные функции. Число дизъюнкторов равно числу вырабатываемых функций л. Таким образом, ПЛМ реализует лизьюнктивную нормальную форму (ДНчэ) воспроизводимых функций (двухуровневую логику). Г!ЛМ способна реализовать систему и логических функций от т аргументов, содержащую не :; ' более 1термов. Воспроизводимые функции являются комбинациями из любо'го числа термов, формируемых матрицей И. Какие именно термы будут выработаны и какие комбинации этих термов составят выходные функции, определяется программированием ПЛМ.
Вьптускаются ПЛМ как па основе биполярной технологии, так и на МОП- „., транзисторах, В матрицах имеются системы горизонтальных и вертикальных связей в узлах, пересечения которых при программировании создаются или лнквидируются элементы связи. На рис. 29.2, а в упрощенном виде (без буферных элементов) показана схемотехникабиполярной ПЛМК556РТ1 с программированием персмгиганпем перемычек. Показан фрагмент для воспроизведения системы функций размерностью 4, 7, 3: параметры микросхемы К556РТ1 обеспечивают размерность 16, 48, 8, что достаточно для ее использования при решении указанной системы. Г-х х х ~ух хек х — 1х1 х:, = х, х, . хз н х, х, - эз~ ч х, .
х, х4 'г хг х, х, =1, н 1, н 1, ч 1„ я'"з = х, . х, ъ' х, ..тз = 1з х 1з. 399 Элементами связей в матрице И служат диоды, соединяющие горизонтальные и вертикальные шины, как показано на рис. 29.2, б, изображающем цепи выработки терма и. Совместно с резистором и источником питания цепи выработки термов образуют обычные диодные схемгл И. До программирования все перемычки целы, и диоды связи размещены во всех узлах координатной сетки.
При любой комбинации аргументов на выходе будет ноль, т. к. на вход схемы подаются одновременно прямые и инверсные значения аргументов, а х х =0 При программировании в схеме оставляются только необходимые элементы связи, а ненужные устраняются пережиганием перемычек. В данном случае на вход конъюнктора поданы х„х„х,, Высокий уровень выходного напряжения (логическая единица) появится только при наличии высоких напряжений на всех входах, Низкое напряжение хотя бы на одном из входов фиксирует выходное напряжение на низком уровне, т.
к. открывается диод этого входа. Таким образом выполняется операция И, в данном случае вырабатывается терм (, = х, х, х,. Рис. 29.2. Схемотехника ПЛМ, реализованной в биполярной технологии~а), элементы связей в матрицах И (б) и ИЛИ (в) 400 Элементами связи в матрице ИЛИ служат транзисторы (рис. 29.2, в), вклю- :-- "ченные по схеме эмиттсрного повторителя относительно линий термов и образу- .„= 1ощие схему ИЛИ относительно вьгхода (горизонтальной линии).
!!а рис. 29.2, в ...,"показана выработка функции Г1. Работа схемы ИЛ И, реализована в виде парал- ..:-"лельного соединения эмитгерпых повторителей. При изображении запрограммированных матриц наличие элементов свя- ', "-зей «целые перемычки) отмечается точкой в соответствующем узле. Для подбора ПЛМ минимальной сложности, следует уменьшить по воз- ;;:, можности число термов в рассматриваемой системе функций.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
