Понятие эквивалентного вентиля цифровой схемы.

Эквивалентный вентиль (ЭВ) — группа элементов БМК (базовый матричный кристал), соответствующая возможности реализации логической функции вентиля (обычно это двухвходовой элемент И-НЕ либо ИЛИ-НЕ). Понятие "эквивалентный вентиль" предназначено для оценки логической сложности БМК.

Базовые матричные кристаллы называют также вентильными матрицами (ВМ). Базовые матричные кристаллы известны с 1975 года.

БМК — кристалл, на прямоугольной поверхности которого размешены внутренняя и периферийная области (ВО и ПО). Во внутренней области по строкам и столбцам (в виде матрицы) расположены базовые ячейки. Элементный состав базовой ячейки допускает реализацию некоторого множества схем определенного класса, каждая из которых соответствует определенной функциональной ячейке (ФЯ). Для выпускаемого в продажу БМК создается библиотека функциональных ячеек, т. е., рисунков межсоединений.

В БМК канальной структуры между строками и столбцами базовых ячеек или их компактных групп оставляются горизонтальные и вертикальные свободные зоны (каналы) для межсоединений.

В периферийной области кристалла размешаются периферийные ячейки, выполняющие операции ввода/вывода сигналов через контактные площадки, расположенные по краям кристалла.

Еще одной разновидностью БМК являются блочные, в которых на кристалле выделяются специализированные области-подматрицы для выполнения заранее определенных функций (логической обработки данных, памяти и др.). Между подматрицами размешаются специальные трассировочные каналы, на периферии подматриц изготовляются внутренние периферийные ячейки для передачи сигналов по межблочным связям.

Базовая ячейка БМК.

БМК — кристалл, на прямоугольной поверхности которого размешены внутренняя и периферийная области (ВО и ПО). Во внутренней области по строкам и столбцам (в виде матрицы) расположены базовые ячейки. Элементный состав базовой ячейки допускает реализацию некоторого множества схем определенного класса, каждая из которых соответствует определенной функциональной ячейке. Для выпускаемого в продажу БМК создается библиотека функциональных ячеек, т. е., рисунков межсоединений.

Базовая ячейка (БЯ) - некоторый набор схемных элементов, регулярно повторяющийся на определенной площади кристалла. Этот набор может состоять из нескоммутированных элементов, а также из частично скоммутированных. Базовые ячейки внутренней области БМК именуются матричными базовыми ячейками (МБЯ), ячейки периферийной зоны — периферийными базовыми ячейками (ПБЯ). Применяются два способа организации ячеек БМК:

· из элементов МБЯ может быть сформирован один логический элемент, а для реализации более сложных функций используются несколько ячеек;

· из элементов МБЯ может быть сформирован любой функциональный узел, а состав элементов ячейки определяется схемой самого сложного узла.

Функциональная ячейка (ФЯ) – функционально законченная схема, реализуемая путем соединения элементов в пределах одной или нескольких БЯ.

Библиотека функциональных ячеек - совокупность ФЯ, используемых при проектировании. Библиотека содержит большое число функциональных элементов, узлов и их частей. Библиотечные элементы имеют различную сложность (логические элементы, триггеры, более сложные узлы или их фрагменты). В состав библиотечного элемента могут входить одна или несколько БЯ. Площадь библиотечного элемента кратна площади БЯ.

Микросхемы типа «система на кристалле» (SoC).

Слияние двух путей развития микропроцессоров и ПЛИС в единое целое и размещением на одном кристалле, связанных между собой микропроцессорного ядра и массива вентилей ПЛИС привело к разработке СБИС класса SоC (Sistems On Chip), т. е. «систем на кристалле».

Фирма Atmel в октябре 1999 г. выпустила первое семейство СБИС.

Миниатюрность обеспечивается за счет размещения основных компонентов системы на одной микросхеме (ПЛИС или СБИС). В состав SoC входит микроконтроллер, память и контроллер памяти.

Универсальность заключается в возможности использования системы на кристалле в различных устройствах с минимальными изменениями схемотехники SoC. Основные изменения выполняются в программе микроконтроллера, который программируется на языке Си или ассемблере.

Особенностью данной системы является то, что кроме шины процессора, на которую можно присоединять внешние устройства, есть ещё 3 внешних независимых канала DMA (Direct Memory Access - прямой доступ к памяти). Это позволяет быстро обмениваться данными между процессором и внешними устройствами. Характеристики основных компонентов системы на кристалле:

Микроконтроллер. 8-ми битный RISC процессор с раздельной памятью программ и оперативной памятью.

Шина микроконтроллера. Это шина данных, адреса и набор контрольных сигналов для управления чтением и записью.

Контроллер памяти. Контроллер обеспечивает связь процессора с оперативной памятью, а так же содержит в себе DMA-контроллер с 3 независимыми каналами для подсоединения внешних устройств.

DMA-контроллер. 8-ми битный DMA-контроллер с 3 каналами.

Внешнее устройство (устройства) пользователя. Типовое включение внешнего устройства следующее: обмен данными происходит через DMA-каналы; контрольная информация и данные управления отображается на регистрах контроллера. Разработанная система на кристалле может использоваться для преобразования различных (в том числе и высокоскоростных) интерфейсов, сложной цифровой обработки и решения задач в области коммуникаций, промышленной автоматизации и мультимедиа технологий.