Матриці елементів гнучкої логіки (FLEX)

1.4 Матриці елементів гнучкої логіки (FLEX)

Подальший розвиток структура CPLD одержала в мікросхемах фірми Altera, названих матрицями елементів гнучкої логіки (Flexible Logic Element Matrix – FLEX). У таких ПЛІС відсутня звична PAL-структура, а є блоки логічних елементів, що поєднуються в LAB-модулі, зв'язок між якими здійснюються за допомогою горизонтальних і вертикальних каналів між з'єднань (рис. 6).

Рис. 6. Структура FLEX

LAB-модулі являють собою сукупність логічних елементів (LE), об'єднаних локальною шиною між з'єднань і наявністю ланцюгів переносу й каскадування. Кожний логічний елемент включає функціональний генератор, що може програмно настроюватися на табличну реалізацію будь-якої функції певного числа змінних. Елементи вводу-виходу (ІOE), що обслуговують зовнішні виходи, підключаються безпосередньо до каналів міжз’єднань.

1.5 Вентильні матриці, що програмуються користувачем (FPGA)

Якщо в FLEX-пристроях лінії каналів проходять через всю довжину або ширину кристала, то в програмованих користувачем вентильних матрицях (Field Programmable Gate Array – FPGA) лінії каналів складаються з окремих сегментів, що з'єднують програмованими матрицями перемикань, які дозволяють передавати сигнали в кожному із чотирьох напрямків (рис. 7).

Рис. 7. Структура FPGA

Сегментовані міжз’єднання можуть утворювати складні розгалужені ланцюги, завдяки чому кожному з'єднанню може бути знайдено кілька альтернативних шляхів, при цьому ефективно використовуються металізовані лінії сегментів.

Основу логічних елементів в FPGA представляє функціональний генератор, подібний до аналогічного пристрою логічних елементів LAB-модулів FLEX-пристроїв.

Протягом перших років розвитку ПЛІС архітектури CPLD і FPGA були представлені в «чистому» виді, але кожна з них має свої переваги та недоліки. Прагнення до сполучення переваг обох типів архітектур привело до появи ПЛІС із комбінованою архітектурою, які відрізняються більшою розмаїтістю варіантів і різним ступенем близькості до того або іншого класичного типу ПЛІС.

Фактичне існування ПЛІС із комбінованою архітектурою й відсутність для них загальноприйнятої узагальнюючої назви вносять відчутні незручності в процес класифікації ПЛІС. Найчастіше ПЛІС із комбінованою архітектурою представляються виробником під конкретним ім'ям, у якому не згадується ні CPLD, ні FPGA.

1.6 ПЛІС типу «система на кристалі»

Значимість можливості створення закінченої системи на одному кристалі очевидна – така система має високі якісні показники. Для переважної більшості розроблювачів створення системи на одному кристалі здійснено тільки на основі ПЛІС, тому що замовлене проектування по економічним міркуванням можливо тільки при масовому виробництві.

Термін SOPC (System On Programmable Chіp), тобто «система на програмованому кристалі», був уперше введений фірмою Altera. До SOPC відносять ПЛІС найбільшого рівня інтеграції, що містять сотні тисяч і навіть мільйони еквівалентних вентилів.

Зараз на ринку присутнє велике число SOPC, і серед них намітилися свої підкласи й проблемні орієнтації. Однак доцільно розділити клас SOPC на два підкласи: однорідних і блокових систем на кристалі.

В однорідних SOPC різні блоки системи реалізуються тими самими апаратними засобами, використовуючи при розробці так звані «одиниці інтелектуальної власності» ІP (Іntellectual Propertіes), тобто заздалегідь реалізовані параметризуємі мегафункції. Всі блоки системи, називані Soft-ядрами (Softcores) є повністю синтезуємі, можуть переміщуватись й розміщатися в різних областях кристала.

Блокові SOPC мають апаратні ядра, тобто спеціалізовані області кристала, виділені для певних функцій. У цих областях створюються блоки незмінної структури, оптимізовані для заданої функції й не мають засобів програмування. Такі блоки будемо називати hard-ядрами (Hardcores). Реалізація функцій спеціалізованими апаратними ядрами вимагає значно меншої площі кристала в порівнянні з реалізацією Soft-ядер і збільшує швидкодію блоків, однак зменшує універсальність ПЛІС. Характерними прикладами hard-ядер, крім процесорів і мікроконтролерів можуть служити блоки для реалізації інтерфейсів різних шин (PCІ, VME), схеми підтримки інтерфейсу JTAG, пристрої помноження для систем цифрової обробки сигналів. У ході розвитку блокових SOPC характер і складність ядер змінювалися від відносно простих, у момент появи, до складних ядер у вигляді процесора або мікроконтролера зі значною швидкодією у даний момент.

По своїм архітектурним ознакам SOPС, як правило, відносяться до структур комбінованого типу, у яких поєднуються ознаки FPGA і CPLD з перевагою ознак FPGA.

Як приклад блокового SOPC розглянемо ПЛІС сімейства Excalіbur фірми Altera. Загальний план мікросхеми (рис. 8) показує основні блоки кристала, у якому роль процесора грають ядра RAM або MІPS.

Рис. 8. Узагальнена структура SOPC

Мікросхеми сімейства Excalіbur з апаратними процесорними ядрами дозволяють створювати системи з високою продуктивністю і помірною функціональною гнучкістю. Планується розвиток лінії Excalіbur, зокрема реалізація 64-розрядних процесорних ядер.

Похожие работы

Менеджмент

Скачать

358120

71

37

... структурного підрозділу може бути до 10 підлеглих; число робітників у бригадах – від 5 до 15 осіб. Контрольні питання 1.         Які елементи входять до складу системи виробничого менеджменту, розкрийте їхній зміст. 2.         Що відноситься до матеріально-грошових елементів підприємства. 3.         Дайте характеристику нематеріальним елементам підприємства. 4.         Назвіть сучасні ...

Основи стандартизації та сертифікації

Скачать

349442

3

2

... побудови і функціонування системи сертифікації, її структура, функції та порядок виконання цих функцій регламентовані нормативними документами міжнародних організацій із стандартизації і сертифікації, насамперед документами І50, ІЕС, НАС, Європейської співдружності, а також ДСТУ. До правових аспектів сертифікації належать питання поширення відповідальності за спостереженням правил процедури ...