Общие сведения о принципах работы программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).

При конструировании электронных схем часто требуются цифровые интегральные схемы, логику работы которых мог бы задать сам проектировщик. Промышленность выпускает большое количество таких микросхем, которые обозначаются как ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы). На английском языке такие схемы имеют аббревиатуру FPGA (Field Programmable Gate Array).

Особенности

Отличием этих схем от других цифровых электронных микросхем является то, что логика их работы определяется не на предприятии-изготовителе, а самим разработчиком с помощью дополнительного программирования схемы. С этой целью дополнительно используются программаторы и программное обеспечение.

Конфигурация ПЛИС может осуществляться различными способами:

• сохранением в ячейках статической памяти (SRAM-based);
• сохранением во FLASH памяти;
• расплавлением перемычек (Antifuse).

Каждый из способов имеет свои достоинства и недостатки.

Достоинством первого способа является возможность перепрограммирования, а недостатками - невысокое быстродействие и необходимость микросхемы для загрузки после каждого выключения питания. ПЛИС, использующие второй способ, имеют ограниченное количество циклов перезаписи и более сложны для изготовления. Зато им не нужно дополнительного загрузчика, поскольку после выключения питания прошивка не пропадает.

Схемы, созданные по технологии Antifuse, отличаются высоким быстродействием, но их нельзя перепрограммировать. На сайте https://actel.ru/rubric/plis-8 можно ознакомиться с моделями ПЛИС выполненными по технологиям FLASH и Antifuse.

Основные компоненты

Обычно в состав ПЛИС входят:

• логические блоки;
• блоки, программирующие связи между блоками;
• блоки входа и выхода.

Наряду с основными блоками на кристалле могут быть размещены дополнительные элементы, такие как блоки памяти, умножители и другие компоненты.

Логические блоки РЛИС могут быть разными – простыми как транзистор или сложными как процессор. На практике производители выбирают что-то среднее. Такой блок должен быть достаточно сложен, чтобы реализовать логическую функцию, и достаточно прост, чтобы вписаться в общую схему.

Для того чтобы схема работала необходимо правильно соединить логические блоки. Для этого используются конфигурируемые коммутаторы. С помощью коммутаторов реализуется островная и иерархическая архитектура ПЛИС. В первом случае логические блоки равны между собой, во втором – связи логических блоков с близлежащими более тесные, чем с периферийными.

Программное обеспечение

Наиболее сложным компонентом проектирования ПЛИС является программное обеспечение (ПО). Большинство компаний, производящих ПЛИС, предлагают свои версии ПО.

Например, система проектирования компании Almera состоит из пакета в 11 программных модулей. Они включают редакторы для разработки проекта, компилятор для обработки данных, симулятор для проверки проекта и программатор для программирования ПЛИС.

Задачей компилятора является анализ проекта ПЛИС (заданного в виде схемы и описания на языках типаVerilog или VHDL), и генерация оптимизированного нетлиста (списка элементов схемы и всех соединений). Далее программа пытается разместить все эти элементы в заданную ПЛИС. В зависимости от варианта размещения этих элементов могут меняться характеристики ПЛИС. Обычно критерием выбора варианта расположения элементов и их связей является быстродействие ПЛИС.

По результатам проектирования создается файл прошивки, который загружается в микросхему ПЛИС.  

Автор документа: Алексей Королев , http://www.gaw.ru"	Дата публикации: 19.12.2017 Дата редактирования: 19.12.2017
Кол-во просмотров 3785
Все новости одной лентой