8.2.1 Сферы применения

ПЛИС широко используется для построения различных по сложности и по возможностям цифровых устройств:

– приложения, где необходимо большое количество портов ввода-вывода (бывают ПЛИС с более чем 1000 выводов («пинов»)),

– цифровая обработка сигнала (ЦОС),

– цифровая видеоаудиоаппаратура,

– высокоскоростная передача данных,

– криптография,

– проектирование и прототипирование ASIC,

– в качестве мостов (коммутаторов) между системами с различной логикой и напряжением питания,

– реализация нейрочипов,

– моделирование квантовых вычислений.

В современных периферийных и основных компьютерных устройствах платы расширения в системе Plug and Play имеют специальную микросхему — ПЛИС, которая позволяет плате сообщать свой идентификатор и список требуемых и поддерживаемых ресурсов. 8.2.2 Области применения ПЛИС

1. При разработке оригинальной аппаратуры, а также для замены обычных ИС малой и средней степени интеграции. При этом значительно уменьшаются размеры устройства, снижается потребляемая мощность и повышается надежность.

2. Использование ПЛИС в изделиях, требующих нестандартных схемотехнических решений. В этих случаях ПЛИС даже средней степени интеграции (24 вывода) заменяет, как правило, до 10-15 обычных интегральных микросхем.

3. В стендовом оборудовании, на этапах разработки и производства опытной партии новых изделий, а также для эмуляции схем, подлежащих последующей реализации на другой элементной базе. Реализуется потребность резко сократить сроки и затраты на проектирование, а также повысить возможность модификации и отладки аппаратуры

4. Проектирование на основе ПЛИС устройств для защиты программного обеспечения и аппаратуры от несанкционированного доступа и копирования. ПЛИС обладают такой технологической особенностью, как "бит секретности", после программирования которого схема становится недоступной для чтения (хотя свои функции ПЛИС, естественно, продолжает выполнять). Обычно применение одной-двух ПЛИС средней степени интеграции оказывается вполне достаточной для надежной защиты информации.

5. ПЛИС используются в микропроцессорной и вычислительной технике. На их основе разрабатываются контроллеры, адресные дешифраторы, логика обрамления микропроцессоров, формирователи управляющих сигналов и др. На ПЛИС часто изготавливают микропрограммные автоматы и другие специализированные устройства, например, цифровые фильтры, схемы обработки сигналов и изображения, процессоры быстрого преобразования функций Фурье и т.д. В технике связи ПЛИС применяются в аппаратуре уплотнения телефонных сигналов.

6. Применение ПЛИС становится актуальным еще и потому, что у разработчиков зачастую нет необходимых стандартных микросхем. 8.2.3 Типы ПЛИС

1. Ранние ПЛИС. В 1970 году компания Texas Instruments разработала маскируемые (программируемые с помощью маски, англ. mask-programmable) ИС основанные на ассоциативном ПЗУ (ROAM) фирмы IBM. Эта микросхема, TMS2000, программировалась чередованием металлических слоёв в процессе производства ИС. TMS2000 имела до 17 входов и 18 выходов с 8-ю JK-триггерами в качестве памяти. Для этих устройств компания TI ввела термин Programmable Logic Array(PLA) — программируемая логическая матрица.

2. PAL (англ. Programmable Array Logic) — программируемый массив (матрица) логики. В СССР PLA и PLM не различались и обозначились как ПЛМ. Разница между ними состоит в доступности программирования внутренней структуры (матриц) ПЛМ.

3. GAL (Gate Array Logic) - это ПЛИС, имеющие программируемую матрицу "И" и фиксированную матрицу "ИЛИ", на выходе имеется триггер.

4. CPLD (англ. complex programmable logic device — сложные программируемые логические устройства) содержат относительно крупные программируемые логические блоки.

5. FPGA (англ. field-programmable gate array) содержат блоки умножения-суммирования, которые широко применяются при обработке сигналов (DSP), а также логические элементы (как правило, на базе таблиц перекодировки — таблиц истинности) и их блоки коммутации.

6. Прочие