Двойное оплодотворение у цветковых растений: Оплодотворение - это процесс слияния мужской и женской половых клеток с образованием зиготы...
История создания датчика движения: Первый прибор для обнаружения движения был изобретен немецким физиком Генрихом Герцем...
Топ:
Когда производится ограждение поезда, остановившегося на перегоне: Во всех случаях немедленно должно быть ограждено место препятствия для движения поездов на смежном пути двухпутного...
Оснащения врачебно-сестринской бригады.
Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь...
Интересное:
Подходы к решению темы фильма: Существует три основных типа исторического фильма, имеющих между собой много общего...
Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными...
Дисциплины:
2017-12-09 | 201 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
ПЛИС–"программируемыелогическиеинтегральныесхемы".
Рассмотримклассификациюпотрем,втомчиследвумкомплексным,признакам:
· архитектуре;
· уровнюинтеграциииоднородности/гибридности;
· числудопустимыхцикловпрограммированияисвязанномусэтимтипупамятиконфигурации.
Вклассификациипопервомупризнаку(рис.1 ) ПЛИСразделенына4класса.
Рис.1.КлассификацияПЛИСпоархитектурнымпризнакам.
Первыйизклассов—SPLD,SimpleProgrammableLogicDevices,т.е.простыепрограммируемыелогическиеустройства.ПоархитектуреэтиПЛИСделятсянаподклассыпрограммируемыхлогическихматрицПЛМ(PLA,ProgrammableLogicArrays)ипрограммируемойматричнойлогикиПМЛ(PAL,ProgrammableArraysLogic,илиGAL,GenericArrayLogic).
ВсложныхпрограммируемыхлогическихсхемахCPLD(ComplexProgrammableLogicDevices)несколькоблоков,подобныхПМЛ,объединяютсясредствамипрограммируемойкоммутационнойматрицы.ВCPLDмогутвходитьсотниблоковидесяткитысячэквивалентныхвентилей.АрхитектурыCPLDразрабатываютсяфирмамиAltera,Atmel,LatticeSemiconductor,CypressSemiconductor,Xilinxидр.ВоздействуянапрограммируемыесоединениякоммутационнойматрицыиПМЛ,входящихвсоставCPLD,можнореализоватьтребуемуюсхему.
МикросхемыпрограммируемыхпользователямивентильныхматрицFPGA(FieldProgrammableGateArrays)всвоейосновесостоятизбольшогочислаконфигурируемыхлогическихблоковЛБ,расположенныхпострокамистолбцамввидематрицы,итрассировочныхресурсов,обеспечивающихихмежсоединения.
СтремлениексочетаниюдостоинствCPLDиFPGAиростуровняинтеграцииБИС/СБИСпривеликпоявлению ПЛИСскомбинированнойархитектурой. КлассПЛИСскомбинированнойархитектуройнеимееттакихчеткихграниц,какклассыCPLDиFPGA,отличаетсябольшимразнообразиемвариантовиразличнойстепеньюблизостиктомуилииномуклассическомутипуПЛИС.Неимеетониобщепринятогоназвания.
|
Классификацияпоуровнюинтеграции(рис.2 )
Рис.2.КлассификацияПЛИСпоуровнюинтеграции.
ПЛИСсширокимдиапазономизмененияуровняинтеграции(отпростыхдосодержащихсотнитысячвентилей)отнесенык"досистемным"втомсмысле,чтодлянихнерассматривалисьвопросысозданияцелыхсистемнаодномкристалле.
ПЛИСмегавентильногоуровняинтеграцииотнесенык"системамнакристалле",обозначаемымдалеекакSOPC(SystemsOnProgrammableChip).ТерминSOPC(SystemOnProgrammableChip),т.е. "системанапрограммируемомкристалле"относится кПЛИСнаибольшегоуровняинтеграции,содержащимсотнитысячилидажемиллионыэквивалентныхвентилей.Такойвысокийуровеньинтеграциидостигаетсятолькоспомощьюсамыхсовременныхтехнологическихпроцессов(малыетопологическиенормыпроектирования,многослойностьсистемметаллизацииит.д.).НаосновепрогрессивныхтехнологическихпроцессовобеспечиваетсяодновременновысокийуровеньинтеграцииивысокоебыстродействиеБИС/СБИС.Врезультате становитсявозможнойинтеграциянаодномкристаллецелойвысокопроизводительнойсистемы.
ВоднородныхSOPCразличныеблокисистемыреализуютсяоднимиитемижеаппаратнымисредствами,благодаряпрограммируемоетиэтихсредств.БлочныеSOPCимеют аппаратныеядра, т.е.специализированныеобластикристалла,выделенныедляопределенныхфункций.
Классификацияпопризнакукратностипрограммирования,определяемойтипомпамятиконфигурации(называемойтакжетеневойпамятью),приведенанарис.3.
Рис.3.КлассификацияПЛИСпопризнакамкратностипрограммирования. (потипутеневойпамяти)
ВоднократнопрограммируемыхПЛИСиспользуютсяэлементыснеобратимымиизменениямисостояний—специальные перемычки или ЛИЗМОП-транзисторы. ЛИЗМОП-транзисторыимеютзаряжаемые "плавающие"затворы, которые,вобщемслучае,могуткакзаряжаться,такиразряжаться.ДляоднократнопрограммируемыхПЛИСвозможностиЛИЗМОП–транзисторовиспользуютсялишьчастично:длянихприменяютсятакиеконструкции,вкоторыхотсутствуютвозможностистираниязаписаннойинформации.
|
Микросхемысвозможностями многократногопрограммированиясостираниемизаписьюконфигурациивспециальныхрежимах такжеиспользуютпрограммируемыеэлементыввидеЛИЗМОП–транзисторов.Отпредыдущеговариантаэтимикросхемыотличаютсяналичиемсредствстираниязаписаннойвпамятьинформации.
Воперативнорепрограммируемых ПЛИСконфигурациязадаетсяспомощьюзагрузкифайлав"теневую"триггернуюпамять,т.е.операций,неимеющихкакого-либоспециальногохарактера.Впротивоположностьпредыдущимвариантамдляпрограммированияненужныниспециальныепрограмматоры,ниспециальныережимысповышенныминапряжениямиидлительностямивоздействийнаэлементыпамяти.Памятьконфигурации—обычнаястатическая(триггерная),т.е.типаSRAM,StaticRandomAccessMemory.
ПринципыпостроенияПЛМнПМЛ.
ПрограммируемыелогическиематрицыПЛМ(PLA,ProgrammableLogicArrays)ипрограммируемаяматричнаялогикаПМЛ(PAL,ProgrammableArraysLogic,илиGAL,GenericArrayLogic).
Обаэтиподклассамикросхемреализуютдизъюнктивныенормальныеформы(ДНФ)переключательныхфункций,аихосновнымиблокамиявляютсядвематрицы:матрицаэлементовИиматрицаэлементовИЛИ,включенныепоследовательно.ТаковаструктурнаямодельПЛМиПМЛ.ТехническионимогутбытьвыполненыикакпоследовательностьдвухматрицэлементовИЛИ-НЕ,новариантыспоследовательностьюматрицИ-ИЛИиспоследовательностьюматрицИЛИ-НЕ—ИЛИ-НЕфункциональноэквивалентны,т.к.второйвариантсогласноправилудеМорганатожереализуетДНФ,нодляинверсныхзначенийпеременных.
Заметим,чтотермин "матрица" обозначаетвданномслучаенеболеечем "набор","множество" иобусловлентем,чтосхемныеэлементыПЛМиПМЛудобнеевсегорасполагатьпострокамистолбцам,обеспечиваятемсамымрегулярностьструктурыБИС.
Навходыпервойматрицыпоступают т входныхпеременныхввидекакпрямых,такиинверсныхзначений,такчтоматрицаимеет 2т входныхлиний.Наеевыходахформируютсяконъюнктивныетермы,рангкоторыхневыше т. Вдальнейшемдлякраткостиконъюнктивныетермыназываютсяпросто термами. Числотермовнеимеетпрямойсвязисвеличиной т иопределяетсяконструктивнымипараметрамиматрицы—числомконъюнкторов,котороеобозначимчерезq. ПерваяматрицаидентичнадляобоихподклассовSPLD,т.е.дляПЛМиПМЛ.
ВыработанныетермыпоступаютнавходматрицыИЛИ.ЭтиматрицыдляПЛМиПМЛразличны. ВПЛМматрицаИЛИпрограммируется,авПМЛонафиксирована.
|
ПрограммируемаяматрицаИЛИмикросхемПЛМсоставленаиздизъюнкторов,имеющихпо q входов.Навходыкаждогодизъюнктораприпрограммированииможноподатьлюбуюкомбинациюимеющихсятермов,причемтермыможноиспользоватьмногократно(т.е.одинитотжетермможетбытьиспользовандляподачинавходынесколькихдизъюнкторов).
ЧислодизъюнктороввматрицеИЛИопределяетчисловыходовПЛМ,котороеобозначимчерезл.
Изизложенноговидно,чтоПЛМпозволяетреализоватьсистемуиз n переключательныхфункций,зависящихнеболеечемот m переменныхисодержащихнеболеечем q термов.ПоэтомуфункциональныевозможностиПЛМхарактеризуютсятремяцифрами: m,q,n.
ВПМЛвыработанныематрицейИтермыпоступаютнафиксированную(непрограммируемую)матрицуэлементовИЛИ. Этоозначаетжесткоезаранеезаданноераспределениеимеющихсятермовмеждуотдельнымидизъюнкторами.Каждомудизъюнкторупридаютсясвоисобственныетермы,иеслидляразныхдизъюнкторовокажутсянужнымиодинаковыетермы,придетсявырабатыватьихвматрицеИнесколькораз.ОднакоприэтомпрограммируемостьматрицыИЛИисключается,чтодлямногихзадачвитогесущественноупрощаетсхемуПМЛвсравнениисосхемойПЛМ.
ПЛМобладаютбольшейфункциональнойгибкостью,всевоспроизводимыеимифункциимогутбытькомбинациямилюбогочислатермов,формируемыхматрицейИ.Этополезноприреализациисистемпереключательныхфункций,имеющихбольшиевзаимныепересеченияпотермам.Такиесистемысвойственны,например,задачамформированиясигналовуправлениямашиннымицикламипроцессоров.Дляширокораспространенныхвпрактикезадачпостроения "произвольнойлогики"большое пересечениефункцийпотермамнетипично.ДлянихпрограммируемостьматрицыИЛИиспользуетсямалоистановитсяизлишнейроскошью,неоправданноусложняющеймикросхему.ПоэтомуПМЛраспространеныбольше,чемПЛМ,икихчислуотноситсябольшинствоSPLD.
СтруктурыПМЛполнееосвещенынижеприописанииCPLD.
ОбщаяструктураCPLD.
CPLD—микросхемывысокогоуровняинтеграции,основнымичастямикоторыхявляются:
· PAL(GAL)—подобныефункциональныеблоки;
· системакоммутации,позволяющаяобъединятьфункциональныеблокивединоеустройство,выполненнаяввидематрицысоединений.
|
· блокиввода/вывода.
ВсесоставныечастиCPLDпрограммируются.ОбобщеннаяструктураCPLDпоказананарис.1.
Вструктурнойсхемепринятыследующиеобозначения.ЧерезФБ(FB)обозначеныфункциональныеблоки,числокоторыхNзависитотуровняинтеграциимикросхемыиизменяетсявдовольноширокихпределах.ВкаждомФБимеется пмакроячеек МЯ(МС,Macrocells).Функциональныеблокиполучаютвходныесигналыотпрограммируемой матрицысоединений ПМС(PIA,ProgrammableInerconnectArray).Числотакихсигналов т. ВыходныесигналыФБпоступаюткаквПМС,такив блокиввода/вывода CPLD(IOBs,Input/OutputBlocks,БВВ).ПМСобеспечиваетполнуюкоммутируемостьфункциональныхблоков,т.е.возможностьподаватьсигналыслюбогоихвыходаналюбойвход.
Рис.1.ОбобщеннаяструктураCPLD
Блокиввода/выводасвязанысвнешнимидвунаправленнымивыводамиI/O,которые,взависимостиотпрограммирования,могутбытьиспользованыкаквходыиликаквыходы.ТринижнихвыводалибоспециализируютсядляподачинаматрицуфункциональныхблоковсигналовGCK(GlobalClocks)глобальноготактирования,сигналовGSR(GlobalSet/Reset)глобальнойустановки/сбросаисигналовGTS(Global3-stateControl)глобальногоуправлениятретьимсостояниемвыходныхбуферов,либоэтижевыводымогутбытьиспользованыдляоперацийввода/вывода.Здесьидалеетермин "глобальный"применяетсядля сигналов,общихдлявсеймикросхемы.
Числоконтактовввода/выводаможетсовпадатьсчисломвыходоввсехФБ,номожетбытьименьшим.Впоследнемслучаечастьмакроячеекможетбытьиспользованатолькодлявыработкивнутреннихсигналовустройства(вчастности,сигналовобратнойсвязи).Необходимостьвтакихсигналахтипичнадляструктурбольшинствацифровыхустройств.
Структуранарис.1несколькоупрощена.КромепоказанныхблоковвCPLDмогутприсутствоватьконтроллерыдляуправленияоперациямипрограммированиянепосредственновсистеме(InSystemProgrammability,ISP),контроллерыдляработысинтерфейсомJTAGидр.
СтруктурамакроячейкиCPLD.
Макроячейкасодержитвкачествеосновыпрограммируемыемультиплексоры,триггер(илитриггеры)иформируетгруппувыходныхсигналовФБвнесколькихихвариантах.
Нарис.1раскрытасхемаоднойизидентичныхмакроячеекФБ.ПрообразомпоказаннойсхемыявляетсямакроячейкаCPLDXC9500фирмыXilinx,неимеющаяразделяемого(общего)логическогорасширителя.
Рис.1.ПримерсхемымакроячейкифункциональногоблокаCPLD
Программируемостьмультиплексороввэтойсхемеивсехдальнейшихнеотображается,т.к.онаприсущавсемимеющимсявсхемемультиплексорам,еслинеоговоренопротивоположное.Взависимостиотпрограммированиякаждыймультиплексорпередаетнавыходсигналстогоилииноговхода.
ТриггерможетпрограммироватьсянарежимыработытриггератипаDилиТ.Заметим,кстати,чтоприописаниимикросхемпрофаммируемойлогикитриггерывиностраннойлитературечащевсегоназывают регистрами. ТриггерытактируютсяположительнымифронтамисинхросигналовиимеютвходыустановкиSисбросаR.ВыходныесигналыФБпередаютсявПМСивблокиввода/выводаБВВ.
|
Аргументы х1,...,хМреализуемоймакроячейкойфункциипоступаютнаматрицуМиизПМС.АргументамидляМЯмогутбытькаквходныесигналы,поступающиеизвнечерезБВВ,такисигналыобратныхсвязей,подаваемыевматрицуИсвыходовмакроячеек.Нарис.1.входныесигналыматрицынезависимоотиххарактераобозначенычерез x1,...,хМ. Входныебуферыпреобразуютсигналывпарафазные,представляякаждыйсигналегопрямымиинверснымзначениями,такчтовматрицеимеется 2т вертикальныхлинийиобразующиеееконъюнкторыимеютпо 1т входов.ПятьтермовизматрицыИпоступаютнаэлементИЛИдляобразованиялогическойфункции.Дляуправлениятриггеромибуферамиблокаввода/выводавырабатываютсятакжетермыPTSet,PTClock,PTReset,которыемогутбытьиспользованыкаксигналыустановки,синхронизацииисбросатриггера.ТермРТОЕ—программируемыйтермуправлениятретьимсостояниембуфераБВВ(ОЕ,OutputEnable).ВсеговматрицеИнарис.1.программируются9Nтермов.
НавыходеэлементаИЛИвырабатываетсялогическаяфункциявформеДНФранганеболее т. Еезначениепередаетсядальшечерезэлементсложенияпомодулю2,навторойвходкоторого,взависимостиотпрограммированиямультиплексора1,можетбытьподанлогическийнуль,логическаяединицаилитермРТ1.Впервомслучаефункцияпередаетсябезизменений (F=F*), вовтороминвертируется (F=!F*), втретьемпередаетсявпрямомвидевовсехситуацияхзаисключениемтакой,вкоторойРТ1=1.
МультиплексорMUX5программируетсядляпередачинавыходМЯлибонепосредственнозначенияфункции F (комбинационныйвыход),либосостояниятриггера(регистровыйвыход).ХарактертактированиятриггераопределяетсяпрограммированиеммультиплексораMUX4,приэтомвозможноиспользованиеглобальногосинхросигнала(GCK,GlobalClock)илисигнала,порождаемоготермомPTClock.Асинхронныеустановкаисбростриггерапроизводятсялибоглобальнымсигналом(GSR,GlobalSet/Reset),либотермамиPTSetиPTReset,чтоопределяетсяпрограммированиеммультиплексоровMUX2иMUX3.Самтриггерпрограммируетсянарежимытриггеразадержки(типаD)илисчетного(типаТ).
ОсновнойвыходнойсигналмакроячейкипоступаеткаквПМС,котораяможетнаправлятьегополюбомутребуемомумаршруту,такивблокиввода/вывода.
Принципыпостроениявентильныхматриц(GA).Общаяклассификация.
Базовыематричныекристаллыназываюттакже вентильнымиматрицами (ВМ),чтосоответствуетпринятомудляБМКанглийскомутерминуGA(GateArray).ТерминБМКпреобладаетвотечественнойлитературеипоэтомуиспользуетсявэтойкниге,хотятермин"вентильнаяматрица"былбыпредпочтителенкакнепротиворечащиймеждународнойтерминологии.
Базовыематричныекристаллыизвестныс1975года,когдаамериканскаяфирмаAmdahlCorpприменилаихвсоставевысокопроизводительнойЭВМ с цельюисключенияизнеемикросхеммалогоисреднегоуровнейинтеграции.Результатыоказалисьудачными,ивпоследующиегодыБМКполучилиширокоераспространение.
БМК—кристалл,напрямоугольнойповерхностикоторогоразмещены внутренняяипериферийнаяобласти (ВОиПО).Вовнутреннейобластипострокамистолбцам(ввидематрицы)расположены базовыеячейки— группынескоммутированныхсхемныхэлементов(транзисторов,резисторов).
Элементныйсоставбазовойячейкиприразныхвариантахмежсоединенийэлементовдопускаетреализациюнекоторогомножествасхемопределенногокласса,каждаяизкоторыхсоответствуетопределенной функциональнойячейке (ФЯ).ДлявыпускаемоговпродажуБМКсоздается библиотекафункциональныхячеек, т.е.,всущности,рисунковмежсоединений,дающихтуилиинуюсхему.БиблиотекифункциональныхячеекБМКнасчитываютобычнодесяткиилисотнитиповыхузлов,реализованныхнаоднойилинесколькихбазовыхячейках.
ВБМК канальнойструктуры междустрокамиистолбцамибазовыхячеекилиихкомпактныхгруппоставляютсягоризонтальныеивертикальныесвободныезоны(каналы)длямежсоединений.
Впериферийнойобластикристалларазмещаются периферийныеячейки, выполняющиеоперацииввода/выводасигналовчерезконтактныеплощадки,расположенныепокраямкристалла.
ПереходотбиполярнойсхемотехникикМОП-транзисторнымсхемамсделалвозможнымболееплотноеразмещениесхемныхэлементовнакристалле.Приростесложностилогическойчастисхемы,т.е.числалогическихэлементовнакристалле,ещебыстреерастетсложностьмежсоединений.Длясниженияпотерьплощадикристалла,затрачиваемойнатрассировочныеканалы,быларазработана бесканальная структураБМКтипа "моревентилей" или "моретранзисторов", вкоторойконструкторыотказалисьотсвободныхзонкристалла,заранееотведенныхдлямежсоединений.ВтакихБМКвсявнутренняяобластьплотнозаполняетсябазовымиячейками,амежсоединенияпроводятсятолькотам,гдеэтонеобходимо,причемнаходящиесяподнимибазовыеячейкиоказываютсявданнойконкретнойсхеменеиспользуемыми.
ЕщеоднойразновидностьюБМКявляются блочные, вкоторыхнакристаллевыделяютсяспециализированные области-подматрицы длявыполнениязаранееопределенныхфункций(логическойобработкиданных,памятиидр.).
Междуподматрицамиразмещаютсяспециальныетрассировочныеканалы,напериферииподматрицизготовляютсявнутренниепериферийныеячейкидляпередачисигналовпомежблочнымсвязям.
ИзобретениебазовыхматричныхкристалловозначалопоявлениеновогоклассаспециализируемыхБИС/СБИС— полузаказных.
ДляреализацииконкретнойполузаказнойсхемынаосновеБМК(такиесхемыназываютМАБИС,т.е. матричныеБИС, илиБИСМ,т.е.БИСматричные)нужнытолькошаблонырисунковмежсоединений.Например,привнедрениипервыхБМКвфирмеAmdahlCorpдлязаказныхсхемтребоваласьразработка13шаблонов,адляполузаказныхМАБИСтолькотрех.
Взаключениеотметим,чтодляболеечеткогоотраженияместаБМКвиерархиимикросхемполезнодополнитьанглийскуюаббревиатуруGAдоаббревиатурыMPGA,MaskProgrammableGateArray.
Заметимтакже,чтонарядусописаннымвышевариантомБМКсуществуютиБМКслазернымпрограммированиеммежсоединений(LPGA,LaserProgrammableGateArrays).ВэтихБМКпервоначальноизготовляютсяметаллизированнымидорожкамивсевозможныемежсоединенияэлементов,априпрограммированиичастьсоединенийподвоздействиемточносфокусированныхуправляемыхлазерныхлучейразрывается.ТакиеБМКподобныобычнымвтом,чтодляконфигурированияМАБИСпотребительдолженобращатьсякизготовителю,т.е.напредприятиеэлектроннойпромышленности,однакосрокиистоимостьвыполнениязаказавсравнениисобычнымиБМКоказываютсяиными.Срокивыполнениязаказасокращаются,чтоблагоприятносточкизренияускорениявыходапродукциинарынок,однаковнастоящеевремяБМКслазернымпрограммированиемраспространеныменьше,чемобычные,хотяимеютсяфирмы,развивающиеихпроизводство,вчастностифирмаChipExpress.
|
|
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...
История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!