Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Все ответы СХЕМОТЕХНИКА.doc
Скачиваний:
28
Добавлен:
22.04.2019
Размер:
6.07 Mб
Скачать

35. Программируемые логические интегральные схемы. Основные принципы построения плм.

Микросхемы программируемой логики или ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы) — одно из наиболее динамично развивающихся направлений современной цифровой электроники. Привлекательность данной технологии заключается в предоставляемой конечному пользователю возможности быстрого создания цифровых устройств с произвольной внутренней структурой. По сравнению со специализированными цифровыми микросхемами (Application Specific Integral Circuit, ASIC), цикл разработки устройств на ПЛИС занимает значительно меньшее время и неизмеримо дешевле (благодаря тому, что изменение принципиальной электрической схемы выполняется путем перепрограммирования одного и того же экземпляра микросхемы). Таким образом, вместо металлических соединений, реализуемых в процессе производства ASIC, в ПЛИС используются соединения, коммутируемые программируемыми ключами. Для задания этих соединений в ПЛИС существует теневая (конфигурационная) память, хранящая таблицу соединений.

В настоящее время наиболее распространенные серии ПЛИС имеют следующую архитектуру:

  • CPLD (Complex Programmable Logic Device) устройства, использующие для хранения конфигурации энергонезависимую память (Flash или EEPROM);

  • FPGA (Field Programmable Gate Array) устройства, использующие для хранения конфигурации энергозависимую память, которая требует инициализации после включения питания.

Поскольку универсальный лабораторный стенд, содержит ПЛИС FPGA, то ниже рассматривается только этот тип микросхем программируемой логики.

36.Обобщенная структура ПЛИС FPGA. Основные элементы, их назначение принцип работы.

37.Обобщенная структура ПЛИС FPGA. Назначение и устройство CLB.

Интегральные схемы типа FPGA

В наиболее типичном варианте ПЛИС, выполненная по технологии FPGA, состоит из прямоугольной матрицы конфигурируемых логических блоков (Configurable Logic Blocks, CLB), окруженной блоками ввода-вывода (Input/Output Block, IOB). Между CLB располагаются программируемые трассировочные линии (рис. 1). Между матрицей CLB и блоками ввода-вывода имеются отдельные межсоединения, которые и обеспечивают подключение внешних сигналов.

Рис. 1. Обобщенная структура ПЛИС FPGA

Все части FPGA (конфигурируемые логические блоки, система межсоединений и блоки ввода/вывода) являются конфигурируемыми или реконфигурируемыми, причем средствами самих пользователей.

При конфигурировании FPGA логические блоки настраиваются на выполнение необходимых операций преобразования данных, а система межсоединений — на требуемые связи между логическими блоками. В результате во внутренней области FPGA реализуется схема нужной конфигурации. Расположенные по краям кристалла блоки ввода/вывода обеспечивают интерфейс FPGA с внешней средой. Блоки ввода/вывода современных FPGA можно программировать на выполнение требований множества стандартов передачи данных (число таких стандартов может доходить до 20).

К онфигурирование — это процесс загрузки битовой последовательности, полученной с помощью программного обеспечения проектирования, во внутреннюю энергозависимую конфигурационную память кристалла FPGA. При выключении питания конфигурация в ПЛИС FPGA разрушается. Поэтому при включении питания необходим процесс программирования (инициализации, конфигурирования) кристалла FPGA — загрузка данных конфигурации. Для отладки спроектированной схемы используют специальный кабель для загрузки конфигурационных данных. Этот кабель соединяет персональный компьютер с микросхемой FPGA. В конечном устройстве отлаженные данные конфигурации хранятся в ПЗУ, которое непосредственно подключается к ПЛИС FPGA, и после включения питания они автоматически загружаются в ПЛИС. Процесс конфигурирования может производиться неограниченное число раз.

ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ БЛОК

Основным элементом ПЛИС FPGA фирмы Xilinx является конфигурируемый логический блок (CLB). На рис. 2 показана упрощенная внутренняя структура логического блока ПЛИС семейства Spartan.

Рис. 2. Структура CLB ПЛИС семейства Spartan

В состав CLB входят:

  • три таблицы преобразования LUT (Look-Up Table), которые используются как генераторы логических функций;

  • два триггера;

  • две группы А и В программируемых мультиплексоров, играющих роль средств конфигурирования CLB.