2. Протокол управления:

Первые восемь адресов ПЛИС осуществляющей связь платы с шинами CTRL резервируются для общих протокольных функций.

ПЛИС, обеспечивающая управление платой по шинам CTRL-O и CTRL-I адрес микросхемы 00Н, исполняет следующие функции:

1.Триггер флага «Инициализация». Адрес микросхемы 00Н. Адрес регистра флага 01Н. Пишется и читается. Передается и принимается в «0» бите байта данных. Перевод этого триггера в состояние «1», обеспечивает отключение этой платы от информационных шин и прекращение передачи в сторону внешних интерфейсов, плата готова к инициализации (смене режима работы). Схема начального сброса должна устанавливать этот триггер в состояние «1». По окончании инициализации платы, этот флаг устанавливается в состояние «0».

2.Регистр адреса платы. Адрес микросхемы 00Н. Адрес регистра 00Н. Регистр содержит информацию об идентификационном номере платы. Только читается. Младший бит адреса расположен в «0» бите байта данных.

Идентификационный номер платы имеет длину один байт и присваивается на этапе разработки.

3. Регистр версии программного обеспечения. Адрес микросхемы 00Н. Адрес регистра 02Н. Только читается. Регистр содержит информацию о варианте исполнения функций управления, позволяет избежать изменения идентификационного номера плата при коррекции схемы управления. Длина поля 3 бита (биты 2 – 0).

Все регистры управления должны обеспечивать функции чтения и записи, при этом адрес и формат данных функции записи, должен соответствовать адресу и формату функции чтения.

В связи с тем, что протоколы последовательных портов различных фирм значительно отличаются друг от друга (не зафиксировано место флага «запись/чтение», различен порядок передачи бит байта и т.д.), поддержка этих протоколов возлагается на ПЛИС, осуществляющую связь с шинами CTRL.

0. Современные технологии проектирования и производства рэа.

   1. Система автоматизированного проектированияCadence.

Последние десятилетия характеризуются бурным развитием электро­ники. Она проникла во все сферы жизнедеятельности человека. Сложность электронных устройств возрастет быстрыми темпами. Благодаря достижениям в современных технологиях производства электронных изделий достигнута очень высокая степень миниатюризации. Поэтому при разработке радиоэлек­тронной аппаратуры на современном базисе сейчас практически невозможно обойтись без мощных систем автоматизированного проектирования. Одной из наиболее хорошо развитых и пользующихся популярностью является САПР фирмы Cadence Systems Inc. Cadence Systems Inc. является мировым лидером в разработке т.н. EDA-систем (Electronic Design Automatization) - САПР для элек­тронных систем. Cadence - система комплексной автоматизации процесса про­ектирования. Она включает в себя несколько взаимосвязанных и взаимодейст­вующих модулей.

Cadence позволяет проводить :

• моделирование работы аналоговых устройств,

• моделирование работы цифровых устройств,

• моделирование работы смешанных устройств,

• физическое моделирование,

• размещение компонентов (в ручном, и автоматическом режимах)

• трассировку печатных проводников (в ручном, и автоматическом ре­жимах)

• температурный анализ при размещении элементов на плате ( для обес­печения нормальных тепловых режимов работы ).

• анализ шумовых характеристик схемы

• выпуск конструкторской документации ( чертежей принципиальных схем, печатных плат, сборочных чертежей и т.д.)

Cadenceдает возможность не только разработать печатную плату, но и по результатам физического моделирования откорректировать схему.

2. Программируемые логические интегральные схемы фирмыALTERA и система автоматизированного проектированияMAX+PLUS II.

Программируемые логические интегральные схемы ( ПЛИС ), а в зару­бежной литературе именуемые PLD ( programmable logic devices ), - это полу за­казные цифровые БИС, которые благодаря архитектурным и технологическим особенностям можно разрабатывать и изготовлять без специализированного технического оборудования. ПЛИС появились на мировом рынке в середине 80-х гг. И сразу получили широкое распространение, переместив процесс соз­дания специализированной БИС с завода на рабочее место проектировщика. Цикл разработки БИС сократился до нескольких часов, и значительно умень­шились соответствующие затраты.

С начала 90-х гг. наибольшим спросом пользуются ПЛИС , обладаю­щие :

• высокой логической интеграцией на основе технологий КМОП;

• быстродействием до 80 -100 МГц и выше;

• возможностью программирования ( загрузки внутренней конфигу­рации ) без программатора.

Всем этим требованиям соответствуют ПЛИС фирмы ALTERA( США ) - мирового лидера в области ПЛИС. В настоящее времяALTERAвыпускает семь семейств ПЛИС различной архитектуры [ 14 ].

В России наиболее известны ПЛИС классического ( Classic ) семейства, некоторое время выпускаемые компаниейINTEL. Основными преимуществами этих микросхем являются простота, низкая стоимость, удобные для монтажаDIP- корпуса, микропотребление энергии в статическом режиме и возможность поддержки отечественными средствами ( САПР “ФОРС+”, программаторы“Блиц”,”Стерх”,”Форсис”). ПЛИС ЕР220 заменяет любую микросхему серии 1556 ( ХП4, ХП6, ХП8, ХЛ8 ) .

Все ПЛИС изготавливаются по технологии КМОП с ультрафиолетовым стиранием( EPROM ), обеспечивающей следующие параметры энергопотреб­ления:

• в статическом режиме - 10-30 мкА;

• на частоте 1 МГц - 2-8 мА;

• при увеличении тактовой частоты - 1 мА/МГц.

Для снижения цены на 30-40%при серийном производстве изделий все ПЛИС также выпускаются в пластмассовых корпусах ( DIPи PLCC) с одно­кратным программированием.

Недостатками ПЛИС классического семейства являются относительно невысокая степень интеграции и некоторые особенности архитектуры: отсутст­вие у триггеров входа установки в“1” ( SET ), блокирование контактов при реализации внутренних элементов памяти.

Этих недостатков полностью лишены ПЛИС семейств MAX7000и FLASHlogic, которые имеют матричную архитектуру, т.е. содержат программи­руемые матрицы логических вентилей“И”,”ИЛИ”и триггеры.

Семейство MAX7000состоит из семи микросхем со степенью интегра­ции от 1200 до 10000 эквивалентных логических вентилей, содержащих от 32( EPM7032 )до 256 ( EPM 7256) триггеров.

Дополнительно выпускается ПЛИС EPM7032V - функциональный ана­лог микросхемы EPM7032с напряжением питания 3,3 В.

ПЛИС семейства MAX7000изготавливаются по технологии КМОП с электрическим стиранием (EEPROM). Они обеспечивают:

• минимальную задержку распространения сигнала от входа до выхода 5 нс.;

• максимальную тактовую частоту 190 МГц;

• до 100 циклов программирования/стирания.

ПЛИС семейства MAX7000имеют гибкую архитектуру. Их макро­ячейки содержат по две независимые линии обратной связи;с триггера и с кон­такта. Это позволяет использовать триггер в качестве внутреннего регистра, а контакт одновременно - как входной порт. Дополнительными ресурсами ПЛИС являются термы расширения (expander terms ) - конъюнкторы, инверсные вы­ходы которых образуют обратные связи с матрицей элементов“И”. Термы по­зволяют формировать управляющие сигналы ( например, CLK, SET, RESET ) без затрат макроячеек. В результате перераспределения термов между макро­ячейками число входов элементов “ИЛИ” может быть увеличено до 32.

Каждая макроячейка имеет индивидуальный турбо бит, программиро­вание которого позволяет уменьшить потребляемую мощность при некотором снижении быстродействия. Начиная с 1996 г. все ПЛИС семейства MAX7000 выпускаются в варианте ISP ( in system programmable - программируемые в сис­теме ). Это позволяет программировать и стирать схему непосредственно на рабочей плате через 4-й сигнальный интерфейс , подключенный к порту ком­пьютера. Наличие программатора становится необязательным, что значительно упрощает и удешевляет применение ПЛИС.

ПЛИС семейства MAX7000 имеют низкую стоимость. Например , цена микросхемы ЕРМ7032 составляет менее 7 $, а микросхемы ЕРМ7128 - менее 25$.

С появлением семейства MAX7000 значительно уменьшилась практи­ческая ценность выпускавшихся ранее ПЛИС семейства MAX5000, т.к. появи­лись аналоги всех микросхем ( например, ЕРМ5128 - ЕРМ7128 ) с лучшими ха­рактеристиками быстродействия и энергопотребления по более низким ценам.

MAX+PLUS® II - это система автоматического проектирования про­граммируемых логических интегральных схем ( ПЛИС ), разработаннаяAltera Corporation, мировым лидером по производству ПЛИС.

MAX+PLUS® II - это многофункциональный программный продукт , обеспечивающий проектировщику возможность полного проектирования ПЛИС, начиная с ввода схемы, которую проектировщик собирается реализо­вать на ПЛИС и заканчивая программирования самой ПЛИС на программаторе.

MAX+PLUS® IIпредлагает следующие возможности для пользователя:

• ввод внутренней структуры ПЛИС путем графического ввода функ­циональной схемы;

• ввод внутренней структуры ПЛИС c помощью языка программиро­вания высокого уровня Altera Hardware Description Language (AHDL), который полностью встроен в оболочку MAX+PLUS® II ;

• моделирование работы ПЛИС в виде временных диаграмм;

• при наличии программатора произвести запись спроектированной структуры в ПЛИС и др.

При описании внутренней структуры ПЛИС с помощью AHDLвоз­можны несколько вариантов.

В первом варианте проводить описание структуры в примитивах, т.е. используя простейшие функции типа RS-триггер, D-триггер, T-триггер, JK-триггер и др.

При втором варианте проводить описание при помощи примитивов и мега-функций.

Мега-функции представляют собой сложные логические функции типа счетчик, мультиплексор, дешифратор, регистр и др.

Преимуществом первого варианта является то, что транслятор затрачи­вает меньше времени на преобразование простейших функций языка AHDLв машинные коды.

Недостатками данного варианта является большой объем текста про­грамм и необходимость подробного описания всей системы.

Во втором варианте, при использовании мега-функций, отпадает на­добность подробного описания элементов в том смысле , что программист за­дает только параметры сложной логической функции. Для примера, используя мега-функцию lpm_counterсчетчик можно описать , задав только тактируемый вход и ширину самого счетчика. Это значительно уменьшает объем, занимае­мый текстом программы, а также позволяет несколько сократить время напи­сания программы.

Недостатком является то, что на трансляцию программы в машинные коды затрачивается больше времени по сравнению с первым вариантом.

Но в конечном итоге результат получается одинаковым, поэтому стиль написания программного продукта целиком зависит от проектировщика.

При отладке написанного программного продукта SIMULATOR MAX+PLUS® II позволяет подробно рассмотреть результат работы ПЛИС в виде временных диаграмм. Проектировщик может выбирать различные выходы и промежуточные состояния, описанные в программе, а также задавать различ­ные входные воздействия.