Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 222
Текст из файла (страница 222)
Архитектура блока ввода/вывода Структура блока ввода~вывода ЯО Ыоск, ЮВ) в ИС семейства ХС9500 показана на рис. 10.41. Имеются семь вариантов выбора сигнала разрешения выхода для выходного буфера с тремя состояниями. Буфер может быть всегда открытым, всегда запертым, его состояние может определяться термом-произведением ЕТОЕ, поступающим от соответствующей макроячейки, или любым нз четырех сигналов общего разрешения выхода. Сигналы общего разрешения выхода могут иметь как высокий активный уровень, так и низкий активный уровень, в зависимости от сигналов на внешних выводах ЙТЯ. к другим блонэм ввода/вывода ение вающе- нО Рис.
10.41. Блок ввода/вывода микросхем серии ХС9000 10.б. Интегральные схемы типа СР1.0 1013 Блок ввода1вывода микросхем семейства ХС9500 является хорошим примером важной тенденции в архитектуре блоков вводЫвывода микросхем типа СР1.1) и ГРОА: в нем, кроме управления «логнческими» действиями вроде разрешения выхода, имеется возможность изменять многие «аналоговые» параметры. В блоке ввода/вывода можно изменять значения трех аналоговых параметров: ° Управление скоростью изменения выходного напряжения. Для того чтобы получать быстродействующее или медленно работающее устройство, можно задавать время нарастания и спада выходных сигналов.
Установка наибольшего быстродействия обеспечивает наименьшую возможную задержку распространения, в то время как задание режима медленной работы устройства позволяет уменьшить «звон» в линии передачи н шумы в системе за счет небольшой дополнительной задержки. ° Включение резистора нагрузки между выходом и шиной питания.
Когда резистор нагрузки включен, он предотвращает появление на выходном выводе плавающего напряжения при подаче на микросхему напряжения питания. Это полезно в том случае, когда выходные сигналы поступают на входы разрешения других логических устройств с низким активным уровнем, в отношении которых не предполагается, что в момент включения питания на них будет подан сигнал, имеющий активное значение. ° Образование программируемых пользователем выводов земли, Эта возможность фактически позволяет перераспределять 1Ю-выводы так, чтобы те илн иные выводы были выводами земли, а вовсе не сигнальными выводами. Это оказывается полезнгим в быстродействующих устройствах с высокой скоростью изменения сигналов. Необходимость в дополнительных выводах земли возникает в тех случаях, когда имеют место большие броски тока, возникающие при одновременном переключении сигналов на нескольких выходах.
Кроме этих особенностей, ИС семейства ХС9500 совместимы с внешними устройствами с напряжением питания 5 В и З.З В. Входной буфер и внутренняя логика работают от источника питания с напряжением У, равным 5 вольтам. В зависимости от напряжения питания внешних устройств, в выходном каскаде используется напряжение питания Р ки равное 5 В или 3.3 В. Обратите внимание, что включение резистора между выходом и шиной питания подтягивает напряжение на выходе до напряжения питания блока 1~0, то есть до напряжения 1' Диоды 131 и О2 необходимы для фиксации выходного напряжения на уровне не выше значения У и не ниже уровня земли.
За эти границы величина выходноссгнт го напряжения могла бы выходить из-за «звона» в линии передачи. 10.5.4. Переключающая матрица Теоретически программируемая структура соединений внутри ИС типа С'Ч.П должна допускать соединение любого внутреннего выхода ПЛУ и любого внешнего входа с любым внутренним входом ПЛУ. Аналогично, должно быть возможным подюпочение любого выхода любого из внутренних ПЛУ к любому внешнему выводу. Но если присмотреться внимательнее, то становится ясно, что мы возвращаемся к той же самой «проблеме пз», которая возникала бы при попытке создания ИС 128У64.
1014 Глава 10. Память и микросхемы типа СРЬС и РРСА Рис. 10.42 служит иллюстрацией требований, предъявляемых к переключающей матрице, на примере ИС ХС95108 — типичного представителя семейства ХС9500 фирмы Х111пх. У этой микросхемы имеются 108 выходов внутренних макроячеек и 108 внешних входных выводов, так что полное число сигналов, которые должны быть поданы на переключающую матрицу в качестве входных, составляет 216.
Так как в ИС ХС95108 имеется 6 функциональных блоков с 36 входами каждый, то переключающая матрица должна иметь в случае наибольшей полноты 216 мультиплексоровов с 216 входами каждый, так чтобы сигнал с выхода каждого мультиплексора поступал на один из входов матрицы И одного из функциональных блоков. Переключающая матрица, показанная на рисунке, может быть выполнена в микросхеме в виде прямоугольной структуры, у которой входы расположены по столбцам, а выходы — по строкам, с проходным транзистором (или логическим ключом) в каждой точке пересечения, позволяющим соединить данный вход с соответствующим выходом.
Приведенный пример показывает, что это все же слишком большая струкгура: 216 строк и 216 столбцов! При современной технологии создания ИС с высокой плотностью размещения компонентов проблема состоит не столько в размерах кристалла, сколько в быстродействии устройства. Большое число транзисторов, включенных в каждой строке и в каждом столбце, обуславливает наличие значительной емкости, которая приводит к уменьшению быстродействия. Поэтому производители ИС типа СРЬР ищут способы уменьшить размер переключающей матрицы. Глядя на рис. 10.42, можно увидеть, например, что не для каждого входа переключающей матрицы необходимо предусмотреть возможность его подключения к каждому выходу.
Нужно лишь, чтобы каждый вход мог быть подключен к какому-либо входу каждого функционального блока, поскольку любой вход функ пионального блока может быть соединен с любым вентилем И матрицы И данного функциональногоблока. Но снова задача совсем не так проста, как мы только что ее сформулировали.
Предположим, что сигнал на выходе переключающей матрицы для 1-го входа рассматриваемого функционазьного блока (О < 1 < 35) вырабатывается простым 8-входовым мультиплексором, входы которого являются входами переключающей матрицы с номерами от 81 до 81 + 7. С помощью такой переключающей матрицы нельзя осуществить многие из вариантов межсхемных соединений. Например, подключение входов переключающей матрицы с номерами от 0 до 35 к тому же самому функционального блоку было бы невозможно. Как только вход 0 переключающей матрицы соединяется с входом 0 одного их функциональных блоков, входами переключающей матрицы с номерами от 1 до 7 уже нельзя воспользоваться.
Таким образом, требования„ предъявляемые к возможности осуществления с помощью переключающей матрицы тех или иных соединений, следует сформулировать более широко: для каждого функционального блока должно быть возможным подключение любой комбинации входов переключающей матрицы к какой-либо комбинации входов данного функционального блока. Переключающая матрица типичной ИС типа СРЬР представляет собой компромисс между минимальной схемой мультиплексора и полной, неблокирующей структурой коммутационной матрицы, Если возможности переключающей мат- 10.5. Интегральные схемы типа СРь.О 1015 рицы меньше, чем у неблокирующей матрицы, то проблема распределения соединений вход-выход в ней становится нетривиальной. При проектировании различных устройств на основе ИС типа СРЕР каждый раз необходимо найти соответствующий набор связей, реализуемых переключающей матрице й; это делается с помощью «программы компоновки», которой производитель ИС типа СРЕР сопровождает свою продукцию.
от внешних от выходов макроя нее к к матрице И функционального блока ЕВ1 к мшриоа И фунщиональною блоха ЕВ2 к матрица И функционального блока ЕВЗ к матрице И функционального блпа ЕВ4 к матрице И функционального блока ЕВ5 к матрице И функционального блока ЕВВ Рис. 10.42. Требования, предъявляемые к переключающей матрице ИС ХС95108 Нахождение всех возможных комбинаций входов и выходов при разреженной переключающей матрице является одной из тех )тР-полных задач, о которых вы, по-видимому, слышали в информатике. На практике это означает, что применительно к некоторым проектам, программе компоновки, вероятно, придется работать намного дольше, чем вам хотелось бы, чтобы узнать существует ли решение. Если в переключающей матрице слишком мало точек пересечения, как в нашем примере с очень маленькими мультиплексорами, то даже лучшая из программ компоновки при «сколь угодно долгой» работе в целом ряде случаев не сможет осуществить полный перебор всех возможных соединений, Таким образом, структура переключающей матрицы ИС типа СРЕР— это компромисс между характеристиками микросхемы (быстродействие, площадь кристалла, стоимость) и возможностями программы компоновки.
Программа компоновки обычно не только устанавливает соединения в переключающей матрице, но также производит назначение входов и выходов функциональных блоков и макроячеек и их привязку к внешним выводам микросхемы, а также задает «внутреннюю логику» функциональных блоков и макроячеек. Эти назначения, в свою очередь, оказывают влияние на реализацию соединений внутри переключающей матрицы и на распределение термов-произведений. Решение этих проблем является «секретным ноу-хау» производителей ИС типа СРЕР и разработчиков программного обеспечения и, как правило, ими не раскрывается. 1016 Глава 10.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
