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.
Современные плис. Их разновидности, основные применения.
Современные образцы ПЛИС, выполненные по 0,22-микронной технологии, способны работать на частотах до 300 МГц и реализуют до 3 млн. эквивалентных логических вентилей. По формированию структуры современные ПЛИС подразделяются на две группы.
К первой относятся устройства, в которых требуемая структура устройства создается программированием связей коммутирующих матриц с использованием технологий перепрограммируемых постоянных запоминающих устройств, в том числе и с электрическим стиранием. Такие устройства называются многократно программируемыми ПЛИС или EPLD (EPROM) или CPLD. Особенность этих устройств заключается в том, что сформированная структура является энергонезависимой, то есть, сохраняется при выключении питания, а для изменения структуры необходимо выполнить операции стирания (очистки) EPROM и программирования (записи) новой структуры.
В устройствах второй группы требуемые связи коммутирующих матриц обеспечиваются логическими ключами, которые управляются битовой последовательностью, записываемой во внутреннее статическое ОЗУ при конфигурировании ПЛИС, поэтому устройства этого класса получили название многократно реконфигурируемых или FPGA. Особенностью устройств этого класса является то, что требуемая структура целевого устройства должна восстанавливаться (записываться во внутреннее статическое ОЗУ) после каждого включения питания, что требует принятия дополнительных мер по сохранению и восстановлению требуемой конфигурации – является их достоинством, так как позволяет создавать адаптивные системы с динамически изменяющейся во времени структурой. То есть, в разные моменты времени использовать один и тот же кристалл для реализации различных цифровых устройств, которые наилучшим образом соответствуют изменяющимся во времени внешним условиям (например, обеспечивать работу сотового телефона в сетях с различными стандартами в зависимости от доступности той или иной сети в данный момент времени).
Оба класса ПЛИС позволяют реализовывать любые цифровые схемы, однако, в силу ряда особенностей внутренней структуры ПЛИС первой группы более приспособлены к реализации сложных комбинационных схем, а ПЛИС второй — к реализации цифровых (конечных) автоматов (state machine).