Программаланатын логикалық құрылғы (pld)

Пән: Информатика, Программалау, Мәліметтер қоры
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

Кіріспе . . . 3

Программаланатын логикалық құрылғы (PLD) . . 4

Алтыншы технология-киллер: қатты ядролар және бір жүйелі кристалдағы программаланушы логика. 5

Программаланатын матрицалық логика құрылымы . . . 6

Программаланатын логикалық матрицалар . . . 7

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе

Бағдарланатын логикалық матрицалар ПЛИС-тің түрлерін іске асырып және матрица ЖӘНЕ мен матрица НЕМЕСЕ-дегі байланыс өзгерістерін қамтамасыз етеді. Барлық жағ-дайлар қарастырылса да ПЛИС-тің осы түрі пайдаланушыларға бағдарлануы өте күрделі болып табылады деп, шетелдік мамандар санайды. Бұдан басқа, бұл бағдарланатын бай-ланыстың негізі, мысалы, екі матрицадағы балқытылған тұйықтағыш бағдарланатын логи-калық матрицамен салыстырған кезде аумағының көбеюін, орнықтылығының азаюын жә-не жылдамдылығын жоғалтады. Мұның барлығы, ИС-тің шет елдерде көп қолданбайты-нын айтады. Тағы, ИС-тің күрделуі ЭС жобалаукезінде артықтығын көрсетпейді.

Күрделі электрондық схемалардың жылдам өсуі салдарынан жиірек жоғары интегрирленген арнаулы интегралды микросхемалар қолдану қажет. Ондай микроэлектроникті бұйымдардың санына программалайтын (бағдарламалайтын) пайдаланушымен логикалық ИМС (ПЛИС) немесе бағдарламаланушы логикалық құрылғы (Programmable Logic Devices - PLD) жатады.

ПЛИС бағдарламалауы пайдаланушының өзімен, аспап конструкторымен жүзеге асады. Бағдарламалау нәтижесінде схемаға қайтқыш немесе қайтпайтын өзгерістер ПЛИС шығу құрылымдарына енгізіледі. ПЛИС- тің басқа арнаулы схемалардан негізгі артықшылығы - қойылған тапсырыс бойынша істелген талап түрлердің даярлау схемаларының аз уақытта істелінуі. Бұйым арқашан қоймада болады, және ИМС дайындаушыларына металды маска түсіруіне және кристалды тұрыққа құоулары үшін сұраудың қажеті жоқ. Бағдарламалауға лайықты құралдарын қосу жеткілікті, сонда бірнеше секунд немесе минуттан кейін тапсырыс бойынша істелінген схема дайын болады. ПЛИС программа торларын қарапайым және қол жетерлік арнаулы процесі үшін, кейде «үстелдегі фабрика» деп атайды

Программаланатын логикалық құрылғы (PLD)

Микросхемалар - функциялары және құрылымы.

ПЛИС - тің негізгі міндеті - логикалық интегралды микросхемалардың серияларының кіші және орташа дәрежелі интеграциямен ауыстыруында.

Күрделік деңгейіне байланысты бір замандас ПЛИС 4-5-тен 60-қа дейін және одан көбірек кіші және орташа дәрежелі интеграциялар микросхемаларын функционалды ауыстыра алады. ПЛИС интерфейс схемалары ретінде кеңінен қолданылады, микропроцессорлық системаларда айырбасты ұйымдастырудыа және әртүрлі БИС - терді өз-ара тоғыстыруда және құрылғылармен енгізу-шығаруда.

ПЛИС базасында мыналар дайындалуы мүмкін:

логикалық блоктар және жүйелер;
код түрлендіргіштері;
шеттегі контролёр;
микропограммалы басқару құрылғылыры;
соңғы автоматтар;
көбейткіш үлгілі құрылғылар;
кішкене процессорлар;
Фурьенің жылдам түрлендіретін процессорлары.

Құрылымдар

Барлық ПЛИС сәулеттің, технологияның толық жетілдіру бағытында дамиды, оның функционалдық күрделілігі мен мүмкіншілігінің артуына, тез әрекеті мен туындылардың термдер сандарының, тұтыну қуаттылығын төмендете, КМОП технологиясына асу нетізінде, элементтердің үлкен тығызды орамаларын қамтамасыз етеді. Қазіргі кезде ПЛИС бар технологиялармен әзірленеді:

балқығыш ұстатқышты тұрақты ЗУ тұйықтағыш;
ПЛИС репрограммалайтын, КНОП технологияларының балқығыш тұйықтағы-шымен ультракүлгін және электрлік өшіретін;
статикалық шапшаң есте сақтайтын құрылғылар.

ПЛИС-тің бірнеше түрлері бар:

бағдарламаланатын логикалық матрицалар (БЛМ) .
бағдарламаланушы матрицалық логика (БМЛ) .
қолданушымен бағдарламаланатын винтильді матрицалар (ҚБВМ) .

БАМ - бұл типті құрылғының екі матрицасы бар - әрқайсысы бағдарламаланатын ЖӘНЕ матрицасы және НЕМЕСЕ матрицасы.

БМЛ - бұл құрылғылардың да екі матрицасы бар, бірақ ЖӘНЕ матрицасы ғана бағдарламалана алады, ал НЕМЕСЕ матрицасы бекітілген.

ҚБВМ - БМЛ матрицасы сияқты концепцияда салынған бағдарламаланатын матрицасы бір ЖӘНЕ матрицасынан тұратындықтан, шек қойылған иілгіштігі көбірек.

БЛЭ - бұл типтегі құрылғылар бағдарламаланатын НЕМЕСЕ және бекітілген ЖӘНЕ матрицасын құрайды.

[1]

Алтыншы технология-киллер: қатты ядролар және бір жүйелі кристалдағы программаланушы логика

ASIC арнайы интеграл схемалар көлемінде үлкендеу және күрделілеу және жобалау-да қымбаттау болып барады. Процессорлық ядроларды бір кристалдағы бағдарламаланушы матрицалармен біріктіру қосымша есептеуіш мүмкіншіліктер береді, қарапайым өңдеумен құралдардың үнемділігін қамтамасыз етеді.

Өңдеудің шапшаң екпіндігі және бір кристалдағы функционалдық компоненттерінің жоғары өнімділігі санының үлкендекінорналастыру қажеттігі қысқарған мезгілде алтыншы технология-киллер атауын алады. Бұл технология бағдарламалатын логика облысында жетістіктер симбиозы, RISK - архитектура мен интелектуалды меншіктің (IP intellectual property), оны (System - on - ChipSoC) кристал жүйесінің үлгісіндегі бағдарламаланушы немесе конфигуралы құрылғылар деп атайды. Бұл жүйелік шешімдердің дамитын классына микросхемалар жатады, бағдарламаланушы логикалық матрицасы бар кристаллға кеңінен қолданылатын RISK процессорларының ядросы, кейбір жат көлемі және кейде қосымша функционалды құрылғылар қосылады.

Ондай қиыстыру, толық тапсырыс бойынша істелінген ASIC микросхемаларын жобалауы экономикалық мақсатқа сай еместігі, жүйелік өңдеушілерге пайдалы.

Бүгінгі күнде жасалынатын құрылғылардың күрделенуінің өсуін еске алып, бастапқы кезеңдегі дайындаудағы заттық және уақытша шығындарды тек ASIS - тің арнаулы бөлімдерінің қажеттілігі биік болған кезде ғана ақтауға болады.

Толық тапсырыс бойынша істелінген ASIS жобалауы үлкен ақша қаражатының жұмсалуын (ол тұрақты өсуде) талап етеді және үлкен тәуекелмен байланысты. Біріншіден ол аспаптық құралдардың құны 250 мың доллардан бастап. ASIS тапсырыстардың көбі интеллектувлды меншіктің блоктарымен интеграцияланған (ұсынылып отырған таңдауы өте жеткілікті IP ядросы), кеңінен қолданылатын процессорлық ядролар базасында жасалатынына қарамастан кейбір тапсырыс берушілер мамандырылған логиканы өз бетіиен өңдейді. Бұның бәрі үлгілеумен және таңдалған тәсілдің дұрыстығын параллельді тексереуіне, мааңызды жұмыстар талап етеді.

Ары қарай, өндірістен тәжірибелі үлгілер түспейінше және тесттен өтпейінше, аяқталған өңдеулердің қатесіздігіне абсолютті кепілдік жоқ. Тәжірибелі үлгілердің тесттен өтуі және құны тұрақты өсе тұра, жарты миллион болуы мүмкін. Қате табылған жағдайда кристалл жобалауындағы барлық жұмыстарды қайтадан бастау керек болады, сонан соң ғана оны жаппай өндіріске жіберуге болады. Нарық сегментінің мөлшері және қаражаттық көрсеткіші, басынан қалай жасалынғанына байланысты болады.

Мұндай сценарийлер өнімдері максималды интеграцияны талап ететін және шекті жұмысшы мінездемелеріне ие, және өтім мүмкінлшіліктері ақша қаражатын жұмсаулардың төлеу және тәуекелдігіне кепіл бола алатын компанияларға жарамды. Бұнымен қатар өнімдері интеграцияға және мінездемелерге сонша қатал емес және жаппай өтім объектіне жатпайтын көп ұсақ компаниялар бар. Сондай және үлкенірек компанияларға, түрлі тәсілдермен қолданыла алатын, кристалда бағдарламаланушы \ реконфигурирленетін жүйелер (programmable\ configurable SoCP\ CSoC) өте қажет.

Біріншіден, P\ CSoC - те өз-ара қосылымдар кристалдың өзіне тиісті амалмен орындалған. Ал ол өте маңызды, өйткені ең үлкен проблемалардың бірі, қазіргі бар ASIS - схемасын IP ядроға кірістіру. Бұл жұмыс не өз-ара қосылымдарын ескермейтін, не интерфейстерді қарастыратын HDL - суреттелгеншеткі және басқа түйіндер берілген ортаға қосылуда үлкен жұмыс шығынын талап етеді. Өз-ара қосылумен байланысты нақтылы сұрақтардың шешімін табу үшін, IP суреттеуі едәуір мөлшерде бағдарламалық қамтамсыз ету деңгейінде қалуы мүмкін. Бұл сыртқы кристаллдың элементтерінің қол жетерлік дәрежесіне әсер етеді, ол жөндеу барысында және ақырында өңделетін жүйе тестілеуде маңызды қиындықтар шақыра алады.

[2]

Программаланатын матрицалық логика құрылымы

Тәжірибе көрсетеді, ФАЛ, оның іске асыруы кейбір қойылған мақсаттарды шешу үшін қажет, көп ауыспалы сандарды құрайды, бірақ 2 санынан конституент бірлігінен аз. Бұл жерде ППЗУ қолдануы ПЛИС орнында әсерсіз болып қалады. Бұл көп аппараттық молдығынан болғандығын түсінеміз. Шын мәнінде, кіру ауыспалы санының бірлікке көбейюі екі есе ППЗУ дишефраторлар шығу санының өсуіне байланысты, б. а. ИС күрделі ғылып көрсетіп және оның бағасын жоғарылатады. Бұл ППЗУ қателігі жаңа топты құралдарды жасауға мәжбүр етті. Ол - бағдарланатын логикалық матрицаларды ( БЛМ) . Бұл жерде матрицалардың кіру саны И, шығу санының көбеюіне әкеп соқпайды. Басынан берілген ФАЛ, максималды конституент санының азаюы арқылы жетеміз. Бұл бірақ, тәжірибеде анық көрсетіледі. Сондықтан, ППЗУ-мен біріге қосылып ИС БЛМ

БЛМ дағы максималды конъюнкция санына тыйым салынғандықтан, ИС секілді n - разрядтық кіру сөзбен р-функциясының шығу салдарынан басқаларының бәрі - бір параметрмен мінезделеді. Ол ФАЛ-дағы максималды конъюнкция саны. Бір ИС БЛМ n-нан кіру салыстырмалы l -дан аспайтын конъюнкцияда синтездеуге мүмкіндік береді. Бұл термоларды қосып р-шығу функцияларын іске асыруға болады. Сондықтан ФАЛ іске асыруын ИС БЛМ қатысуы арқылы минималдау қажет.

Алдында айтылғандай БЛМ екінші вариантты ПЛИС бағдарламауын қолданады. Бұл жолы матрица икемденеді. Қатты берілген матрица байланыстары ИЛИ. Ең тыйымды құрылыс үлгісі, 1 суретте көрсетілген.

1 сур. БЛМ құрылымының схемасы.

Бұл жерде х салыстырмалы кіру мен шығу элементтерін дөңгелектер қиылысында барлық (/) перемычкалар шартты түрде көрсетілген. ИС бағдарлануы берілген дөңгелектер арасында іске асырылған алгоритм байланысының керексіздерін жоюы орындалады.

Берілген ФАЛ үшін көрсетілген ИС түрі өте іске асыруы оңай. ППЗУ өндіріс технологиясы жақсы қолданады. Сондықтан, ИС түрі электрондық құралдар құрастырушылардың арасында белгілі және бүгінгі күнде, шет елдерге көбісін шығарылатын ПЛИС құрайды. ИС БЛМ 3600 ЭКВИВАЛЕНТТІК лэ (екі кіріс И-НЕ немесе ИЛИ-НЕ) құрайды. Бұл жобаланатын құралдық қажеттілігін арттырады.

Бірақ, өкінішке орай көрсетілген ИС қазіргі уақытта отандық элементтік базасына сай емес.

2. Программаланатын логикалық матрицалар

Бағдарланатын логикалық матрицалар ПЛИС-тің үшінші түрін іске асырып және матрица И мен матрица ИЛИ дегі байланыс өзгерістерін қамтамасыз етеді. Барлық жағдайлар қарастырылса да ПЛИСтің осы түрі пайдаланушыларға бағдарлануы өте күрделі болып табылады деп, шетелдік мамандарының санауы бойынша. Бұдан басқа, бұл бағдарланатын байланыстың негізі, мысалы екі матрицадағы балқытылған перемычка, бағдарланатын логикалық матрицамен салыстырған кезде аумағының көбеюін, орнықтылығының азаюын және жылдамдылығын жоғалтады. Мұның барлығы, ИС-тің шет елдерде көп қолданбайтынын айтады. Тағы, ИС-тің күрделенуі ЭС жобалау кезінде артықтығын көрсетпейді.

Көрсетілген құрылым үлгісі 2 суретте көрсетілген.

2 сур. БЛМ құрылымының схемасы.

Бұл үлгіде барлық И мен ИЛИ матрицаларындағы перемычкалар шартты түрде негізделген.

Бағдарланатын логикалық матрица мен бағдарланатын матрицалық логикалар ППЗУ құрылысын қайталайды. Сондықтан тарихи технология және физикалық құрылым принципі ППЗУ жолын қайталайды. Ең бірінші БМЛ мен БЛМ құрылған. Олар балқытылған перемычкаларда өртеу арқылы биполярлық технология бойынша бағдарланған. Кейін КМОП балқытылған перемычкалар технологиясы бойынша ИС пайда болды. Сосын, ультрафиолет пен жазылған ақпаратты электр өшіргіш арқылы өшіретін ИС-тер пайда болды. Бүгінгі күнде, барлық технологияларды қолданып БМЛ мен БЛМ шығарылады.

БМЛ мысалында екі ФАЛ төрт ауыспалы жүйесін іске асыру үшін ИС түрінің нақты бір мысалды қарастырайық. Құрылым үлгісі 3 суретте көрсетілген. Бұл суретте тек керекті перемычкалар көрсетіледі.

3 сур. БЛМ базасындағы екі ФАЛдың төрт кіру ауыспалы жүйесінің іске асуы а) дөңгелектердің диод арқылы қосылуы, б) дөңгелектердің биполярлы транзисторлар арқылы қосылуы.

Шығу үлгісінде қандай ФАЛ іске асырылатынын анықтаймыз. Ең басында айтып кету керек термолар саны төрттен аспауы керек. Теорияға тіренсек максималды термолар сандары ФАЛ үшін 16-ға шейін барады.

Сонымен, ауыспалы х мен х мәнінен бірінші діңгектің шығу үлгісінен дабыл тәуелді емес. Өйткені х, х және х, х дөңгелектерінде дабыл қосылуы орын алмайды. Жоғары х мен х дөңгелектерінде жоғары деңгейлі кернеу орын алса, сол кезде ғана шығу кернеуі осы діңгекте жоғары деңгейлі бола алады. Кіру кернеуі х мен х дөңгелектерінде басқа комбинациялар болғанда шығу кернеуі бірінші діңгекте төмен болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.