Система внутренних межсоединений
В ПЛИС семейства FLEX 8000 компании Altera реализована двухуровневая система межсоединений, которая использует отдельные локальные матрицы соединений (ЛМС) для связи элементов LE, входящих в состав одного блока LAB, и общую глобальную матрицу соединений (ГМС), обеспечивающую связь между различными блоками LAB и элементами ввода-вывода IOЕ (рис. П1.1). Соединение линий ЛМС и ГМС осуществляется с помощью программируемых мультиплексеров, как показано на рис. П1.3.
Каждая ЛМС обеспечивает соединение входов и выходов восьми элементов LE, составляющих один блок LAB. ЛМС содержит 32 линии, 24 из которых соединяются с линиями строки ГМС, а 8 - подключаются к выходам элементов LE, входящих в состав блока. Эти восемь линий обеспечивают обратную связь между выходами и входами элементов блока. Локальные управляющие сигналы LC1-LC4, подключаемые ко всем элементам данного блока, выбираются с помощью мультиплексера из 4-х сигналов, поступающих со специализированных внешних входов, и 4-х сигналов с линий ЛМС. В случае необходимости этот мультиплексер выполняет инверсию поступающих сигналов. Цепи переноса и каскадирования используют для передачи сигналов две отдельные линии, последовательно соединяющие все блоки в одной строке.
ГМС состоит из 2 строк и 13 столбцов. Каждый столбец содержит 16 линий, к которым подключены выходы всех 8 элементов блока. Выход каждого элемента LE соединен с двумя линиями столбца ГМС. Подключение выходов каждого элемента блока и соответствующих линий столбца ГМС к линиям строки ГМС осуществляется с помощью 8 мультиплексеров. Таким образом обеспечивается выход элементов каждого блока на 8 отдельных линий строки ГМС, к этим же линиям могут подключаться соответствующие линии столбца ГМС. К различным линиям строки и столбца подключаются также входы и выходы буферных элементов IOE (рис. П1.4). Каждая строка ГМС содержит 168 линий, которые могут использоваться для соединения входов и выходов элементов LE и IOE в строках и столбцах ПЛИС.
В систему внутренних межсоединений входят также периферийная шина управления вводом-выводом, обеспечивающая подключение сигналов синхронизации, сброса и разрешения выдачи ко всем буферным элементам IOE, и общая шина управления, четыре линии которой служат для передачи управляющих сигналов от 4-х специализированных входов ПЛИС ко всем логическим блокам LAB и на периферийную шину.
Конфигурирование ПЛИС
Требуемая структура межсоединений элементов ПЛИС, обеспечивающая выполнение заданных функций, реализуется в процессе ее конфигурирования. Конфигурирование обеспечивается подачей управляющих сигналов на программируемые мультиплексеры (ПМ), осуществляющие соответствующую коммутацию входов и выходов элементов LE, IOE. Необходимые значения этих сигналов поступают с выходов внутренней конфигурационной памяти, которая реализована в виде статического ОЗУ. Содержимое этого ОЗУ заносится в ПЛИС в процессе ее программирования и определяет функцию, выполняемую каждым элементом LE и IOE, и вариант соединения линий связи в ЛМС и ГМС, который реализует схему включения элементов, обеспечивающую реализацию функций проектируемого цифрового устройства. Специальные средства программирования конфигурационного ОЗУ, разработанные компанией Altera, позволяют пользователю выполнить эту процедуру без больших затруднений. В качестве таких средств можно использовать специальные программаторы или более простые и дешевые адаптеры типа BiteBlaster или ByteBlaster, подключаемые, соответственно, к последовательному (СОМ-порт) или параллельному (LPT-порт) портам персонального компьютера. При программировании ПЛИС в процессе выполнения данного лабораторного практикума используется адаптер типа ByteBlaster с необходимым программным обеспечением.
.
Использование ОЗУ обеспечивает возможность многократной и достаточно быстрой реконфигурации ПЛИС без ее отключения от системы, что является весьма важным для многих областей применения. Однако содержимое конфигурационного ОЗУ теряется при отключении напряжения питания.
Если при эксплуатации ПЛИС предполагается отключение питания, то пользователь должен использовать специальные средства для восстановления конфигурации. Одним из таких средств являются программаторы или адаптеры BitBlaster, ByteBlaster. Однако эти средства не эффективны, если требуется оперативное восстановление конфигурации ПЛИС в системе, работающей с отключением питания. Для таких областей применения используется способ сохранения содержимого конфигурационного ОЗУ в специальных микросхемах ПЗУ с последовательным доступом, которое постоянно подключено к программирующим выводам ПЛИС. Для программирования при этом используется специальный контроллер, размещенный на кристалле ПЛИС. При каждом включении питания этот контроллер автоматически выполняет процедуру конфигурирования ПЛИС, обеспечивая перезапись содержимого последовательного ПЗУ в конфигурационное ОЗУ. Объем передаваемых данных, необходимых для конфигурации ПЛИС типа EPF 8282А, составляет около 5 Кбайт, а весь процесс конфигурирования занимает 0.2 с и менее.