Микропроцессорные системы - Александров Е.К.
ISBN 5-7325-0516-4
Скачать (прямая ссылка):
проектирования и др.
7.1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ИС ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИКИ
Микросхемы программируемой логики классифицируются по нескольким
признакам (рис. 7.1). По уровню интеграции их можно разделить на простые,
сложные и схемы типа "системы на кристалле" (SOC, System On Chip), как
показано на рис. 7.1. Можно сказать также, что простые ИС программируемой
логики относятся к первому их поколению, тогда как сложные и SOC
принадлежат к следующим.
Простые ИС с программируемой логикой (ИС ПЛ), обозначаемые в совокупности
как PLD (Programmable Logic Devices), делятся на микросхемы
программируемой матричной логики ПМЛ (PAL, Programmable Array Logic) и
микросхемы программируемых логических матриц ПЛМ (PLA, Programmable Logic
Array). Усложненные варианты PAL некоторые производители называют схемами
GAL (Generic Array Logic). Простые ИС ПЛ рассчитаны на реализацию систем
переключательных функций и использовались для замены нескольких корпусов
или даже десятков корпусов стандартных ИС на один корпус PLD. По мере их
усложнения решаемые ими задачи также усложнялись, в частности, появилась
ориентация на реализацию конечных автоматов (в схемы PLD стали вводить
элементы памяти).
Продолжением линии развития ПМЛ стали сложные БИС/СБИС типа CPLD (Complex
PLD), в которых, как и в PLD, используются схемы непосредственной
реализации дизъюнктивных нормальных форм переключательных функций
(функций типа SOP, Sum Of Products), но в одной CPLD имеется несколько
ПМЛ (PAL, GAL), объединенных системой коммутации.
Сложные ИС ПЛ типа FPGA (Field Programmable Gate Arrays) содержат матрицу
логических блоков того или иного типа, расположенных по строкам и
столбцам, между которыми размещены средства коммутации, позволяющие с
помощью программирования получать необходимые взаимные соединения
логических блоков. Сами блоки могут быть выполнены различным образом.
Стремление объединить достоинства, присущие CPLD и FPGA, привело к
созданию БИС/СБИС комбинированной архитектуры, для которых еще не
выработано общепринятое название.
Рост уровня интеграции дал возможность размещать на кристалле схемы,
сложность которых соответствует целым системам (мегавентильные схемы).
Такие схемы именуются SOC и могут быть разделены на два типа - однородные
схемы, в которых функциональное назначение отдельных областей кристалла
обеспечивается программированием одних и тех же по типу ресурсов (схемы
типа generic), и блочные структуры, в которых отдельные области кристалла
специализированы уже при их изготовлении. Про такие кристаллы говорят,
что они содержат специализированные аппаратные ядра (Hardcores).
Важным классификационным признаком ИС ПЛ является тип памяти
конфигурации, т. е. тип программируемых элементов, задаваемое состояние
которых как раз и создает требуемое устройство как конкретный вариант
межсоединений имеющихся на кристалле схемотехнических ресурсов.
Программируемые элементы представляют собой двухпо-
769
ПРОГРАММИРУЕМАЯ ЛОГИКА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ
Рис. 7.1. Классификация ИС программируемой логики
люсники, играющие роль ключей, которым при программировании задаются
состояния "замкнуто" или "разомкнуто". Число программируемых элементов в
ИС ПЛ зависит от их сложности и в схемах наибольшего уровня интеграции
измеряется миллионами.
770
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ
В ИС ПЛ используются или использовались ранее следующие типы
программируемых элементов:
• плавкие перемычки Fuse (в схемах самых первых образцов);
• пробиваемые диэлектрические перемычки Antifuse (краткий русский термин
отсутствует);
• однократно заряжаемые "плавающие затворы" МОП-транзисторов (EPROM-OTP);
• перезаряжаемые "плавающие затворы" с введением заряда электрическими
воздействиями на транзистор и его стиранием с помощью облучения кристалла
ультрафиолетовыми лучами (EPROM);
• перезаряжаемые "плавающие затворы" с электрическими записью и стиранием
зарядов (EEPROM, Flash);
• ключевые МОП-транзисторы, управляемые триггерами памяти конфигурации
(SRAM-
Репрограммируемые элементы EPROM, EEPROM, Flash, SRAM-based различаются
по свойствам. Элементы EPROM с ультрафиолетовым стиранием допускают
ограниченное число перезаписей заряда, так как процесс облучения
постепенно изменяет свойства кристалла.
Элементы с электрическим стиранием имеют существенно большее число
допустимых перезаписей заряда (приблизительно в тысячу раз), а элементы с
триггерной памятью конфигурации могут репрограммироваться неограниченно.
Одним из признаков классификации служит наличие или отсутствие связи
между задержками распространения сигналов и конкретными путями их
передачи по межсоединениям кристалла. Этот фактор важен, так как
независимость задержки от конкретного пути передачи сигнала означает
предсказуемость задержек, что существенно облегчает построение на
кристалле работоспособных схем, особенно схем высокого быстродействия.
Программируемые перемычки типа "antifuse" (рис. 7.2, а, 6) в исходном
