Что такое ПЛИС

Когда кто-то впервые слышит этот термин, произнесенный в данном контексте, возможно, он покажется несколько вычурным или даже высокопарным. Между прочим, некоторые инженеры действительно считают, что это не что иное, как очередной рекламный трюк. Другими словами, они считают, что таким образом поставщики специализированных микросхем и ПЛИС раскручивают свои устройства, создавая им имидж более сложных, чем они есть на самом деле. [c.60]

Преимущество такой реализации проявляется в главной части (структуре) ПЛИС, которая получается идентичной для устройств со встроенным и без встроенного микропроцессорного ядра. Это может существенно упростить работу инженеров со средствами разработки. Другое преимущество заключается в том, что поставщики ПЛИС могут связать все дополнительные функции, такие как память, устройства ввода-вывода и другие, в одну полосу для дополнения микропроцессорного ядра. [c.80]

К сожалению, как оказалось, в то время не существовало точного определения системного вентиля. Ситуация осложнялась тем, что тогда ПЛИС в основном состояли из программируемой логики общего назначения в форме таблиц соответствия и регистров. Даже нельзя было получить ответ на такой вопрос, как Можно ли впихнуть функциональность, реализованную на определенной заказной микросхеме, содержащей х эквивалентных вентилей, в некоторую ПЛИС, содержащую системных вентилей . Проблема состояла в том, что некоторые устройства на заказных микросхемах были, как правило, комбинационными, в то же время как на других устройствах было довольно тяже- [c.90]

Казалось бы, что такой метод параллельной загрузки имеет преимущество в скорости по сравнению с рассмотренным ранее последовательным способом. Однако вначале это было не так. В первых микросхемах, как только байт данных считывался ПЛИС, он по-прежнему последовательно передавался во внутренний конфигурационный сдвиговый регистр. К счастью, эта ситуация была исправлена в более современных устройствах. Хотя восемь выводов микросхемы после загрузки конфигурационных данных могут использоваться как выводы [c.100]

Важное значение имеет тот факт, что такие представления на системном уровне изначально не предполагают способа реализации устройства. Так, например, при использовании ядра цифрового сигнального процессора (ЦСП) это может значить, что вся функция реализуется программно. Разработчики системы могут разделить устройство и таким образом, что одни функции будут реализоваться профаммно, а другие, критичные по производительности, аппаратно, используя заказные микросхемы или ПЛИС структуры. В этом случае инженерам необходим доступ к системам проектирования как аппаратуры, так и программного обеспечения см. гл. 13). Но в рамках этой главы мы будем рассматривать только аппаратные реализации. [c.189]

Одно из преимуществ такой реализации заключается в том, что главная структура ПЛИС получается идентичной для устройств как со встроенным микропроцессорным ядром, так и без него, что может упростить средства проектирования, используемые разработчиками. Другое преимущество заключается в том, что поставщики ПЛИС могут связать все дополнительные функции, такие как память, устройства ввода/вывода и другие, в одну полосу для дополнения микропроцессорного ядра [c.200]

Предположим, что в начале процесса проектирования разработчики системы выбрали один или несколько стандартов ввода/вывода для обмена между устройствами на печатной плате. Вам повезёт, если удастся найти такую ПЛИС, которая поддерживает все требуемые стандарты, а также предоставляет другие необходимые возможности. В противном случае можно [c.276]

При этом, однако, надо иметь в виду, что системы автоматизированного проектирования и методы проектирования заказных микросхем и ПЛИС существенно различаются. Например, про заказные микросхемы можно сказать, что они мелкомодульные, поскольку в основном они создаются на уровне простейших логических элементов. Это значит, что традиционные методы проектирования, такие как логический синтез, традиционные методы размещения элементов и трассировки соединений также применимы к проектированию мелкомодульных заказных интегральных схем. [c.58]

Другое существенное преимущество использования ячеек статического ОЗУ заключается в том, что эта технология является передовой. На поставщиков ПЛИС также действует тот факт, что многие компании, специализирующиеся на устройствах памяти, расходуют огромные ресурсы на исследование и развитие ячеек статического ОЗУ. Более того, эти ячейки памяти создаются по такой же КМОП-технологии, как и остальные части ПЛИС, т. е. для создания этих компонентов не требуются какие-то специальные технологии. [c.62]

Недостатком этой схемы является то, что для её работоспособности на печатной плате необходимо использовать батарею резервного питания, и таким образом сохранить содержимое регистра ключа шифрования, когда ПЛИС будет обесточена. Эта батарея будет иметь продолжительное время жизни, исчисляемое годами или десятилетиями, так как необходимо поддерживать работу только одного регистра в устройстве. Однако её присутствие приводит к увеличению размеров, веса, сложности и стоимости печатной платы. [c.63]

Но, возможно, самым важным преимуществом ПЛИС на основе наращиваемых перемычек является то, что их конфигурационные данные скрыты глубоко внутри. По определению программатор может прочитать эти данные, поскольку это часть его работы. После наращивания каждой перемычки программатор должен провести тестирование, чтобы убедиться, что элемент успешно запрограммирован, и лишь затем перейти к следующей перемычке. Кроме того, программатор может использовать автоматическую проверку успешного конфигурирования устройства. Такой подход оправдан в случае устройства, содержащего 50 миллионов элементов не считая программируемых. Чтобы это сделать, программатору потребуется произвести чтение состояния наращиваемых перемычек и полученные результаты сравнить с требуемым состоянием, которое определяется в конфигурационном файле. [c.64]

Частотный синтез. Может случиться так, что частота тактового сигнала, поступающего на ПЛИС от внешнего источника синхронизации, не соответствует частоте, необходимой для решения поставленных задач. В этом случае диспетчер синхронизации может генерировать дочерние тактовые сигналы, частота которых является производной величиной от исходного сигнала и получается путем его деления или умножения. [c.83]

Интересно, что каждый банк может быть индивидуально сконфигурирован для поддержки определенных стандартов ввода/вывода. Таким образом, мало того, что ПЛИС имеет возможность работать с устройствами, используя многочисленные стандарты ввода/вывода, эти микросхемы могут служить интерфейсом между различными стандартами ввода/вывода, а также осуществлять связь между различными протоколами, которые могут основываться на частных электрических стандартах. [c.86]

Поэтому, если поставщики ПЛИС добавляют в свои микросхемы подобные специфичные функции, это свидетельствует о том, что они уже определили для этого компонента его нишу Иногда потребители вынуждены использовать подобные функции для достижения желаемых показателей или параметров разрабатываемых систем, что является классической проблемой, так как следующее поколение устройств очень часто способно достигать необходимых показателей в своей главной (программируемой) структуре без специфичных блоков. [c.89]

Вернемся к ПЛИС. Проблема, с которой постоянно сталкиваются поставщики ПЛИС, возникает при попытке сравнить их устройство с заказной интегральной микросхемой. Например, кто-то располагает устройством на заказной микросхеме с 500000 эквивалентных вентилей и желает перенести его на микросхему ПЛИС. Как в этом случае определить, можно ли эту разработку реализовать на конкретной ПЛИС Тот факт, что каждая 4-входовая таблица соответствия может использоваться в виде блока, содержащего от одного до 20 и более 2-входовых примитивных вентилей, делает такое сравнение довольно сложным. [c.90]

Проблема обострилась, когда ПЛИС стали содержать встроенные блоки ОЗУ, так как некоторые функции могли быть более эффективно реализованы в памяти, чем с помощью логики общего назначения. А тот факт, что таблица соответствия могла работать как распределённое ОЗУ, ещё больше замутил воду Так, например, по утверждению одного из поставщиков Предположительно, от 20 до 30% таблиц соответствия используется в качестве распределенных ОЗУ . При рассмотрении ПЛИС со встроенными процессорными ядрами и подобными функциями ситуация усугубляется до такой степени, что некоторые поставщики говорят Количество системных вентилей для этих устройств не определено . [c.91]

В конечном счете, эта тема становится сложной настолько, что даже поставщики ПЛИС отчаянно пытаются не заводить разговоров о системных вентилях. Когда ПЛИС только появились, дискомфорта по отношению к эквивалентным вентилям не существовало, чего нельзя сказать о таблицах соответствия, секциях и тому подобному Однако спустя годы, широкое распространение ПЛИС привело к тому, что сегодня разработчики более свободно ориентируются и в этих понятиях. По этой причине я предпочел бы определять и сравнивать ПЛИС по таким показателям [c.91]

Проблема заключается в том, что ПЛИС может содержать огромное количество конфигурационных ячеек. Уже к 2003-му году высокотехнологичные устройства могли запросто содержать 25 миллионов таких ячеек Здесь необходимо заметить, что для реализации триггера [c.96]

Проблема кроется в том, что нельзя создать такой большой сдвиговый регистр из защелок. Ну, хорошо, хорошо. Ну, можно создать такой регистр, но, разумеется, не длиною в 25 миллионов ячеек. Поставщики ПЛИС обходят эту проблему с помощью группы триггеров, скажем из 1024-х, объединенных общим синхросигналом и конфигурируемых как классический сдвиговый регистр. Такую группу называют фреймом. [c.97]

Идея заключается в том, что микропроцессор является управляющим устройством. В этом режиме микропроцессор сообщает ПЛИС, что он готов начать процесс конфигурирования, после этого производит чтение байта конфигурационных данных с определенного устройства памяти или с внешнего устройства, или ещё откуда-то, записывает эти данные в ПЛИС, считывает следующий байт данных из памяти, записывает его в ПЛИС и так до окончания процесса конфигурирования. [c.102]

Такой подход обладает рядом преимуществ, не последним из которых является то, что микропроцессор может использоваться для запроса оборудования, принадлежащее соседней системе, и выбирать по определенному признаку конфигурационные данные для загрузки в ПЛИС. [c.102]

Главным преимуществом такого подхода является то, что его реализация требует меньшее количество выводов, задействованных у ПЛИС. Другими словами, в процессе конфигурирования используется только один контакт ввода/вывода, который с помощью дополнительного проводника подключается к шине данных микропроцессора. [c.103]

Как отмечалось в гл. 1, в этой книге не отдается предпочтение ка-кому-то конкретному производителю или какой-то определенной ПЛИС, поскольку характеристики микросхем постоянно улучшаются, и, следовательно, появляются все новые и новые. По возможности, в этой книге также отсутствуют ссылки на конкретных поставщиков САПР электронных устройств и не приводятся названия их систем проектирования, так как и эта область настолько быстро развивается, что названия и характеристики этих инструментов могут меняться с каждым днём. [c.106]

Предположим, что кто-то решил создать небольшую команду разработчиков или стать консультантом по созданию систем на базе ПЛИС. Но на данный момент не располагает необходимыми для этого средствами. Можете поверить, что кому, как не мне очень хорошо знакома такая ситуация В этом случае можно использовать различные недорогие или бесплатные системы или системы с открытым исходным кодом. При этом затраты будут связаны только с приобретением средств проектирования. [c.109]

При реализации этого устройства на ПЛИС, в которых каждый логический вентиль реализуется в виде отдельной таблицы соответствия (LUT), сигнал будет двигаться с черепашьей скоростью, так как задержка на проводниках в ПЛИС существенно больше, чем у заказных микросхем. Конечно, на практике таблица соответствия может объединять несколько логических блоков (функция, показанная на Рис. 7.3, может быть реализована в одной 4-входовой таблице соответствия), так что ситуация не столь ужасна, как это могло показаться на первый взгляд. [c.114]

Вопрос достоверности передачи данных имеет отношение как к заказным микросхемам, так и к ПЛИС. Дело в том, что обмен данными между двумя независимыми зонами синхронизации должен выполняться предельно аккуратно, чтобы исключить потерю или искажение информации. Плохая синхронизация может привести к нестабильным результатам и проблемам при временном анализе. Для достижения надежной передачи данных через зоны с различной синхронизацией рекомендуется использовать квитирование, буферизацию или асинхронные очереди. [c.117]

На самом деле в случае ПЛИС всё обстоит немного сложнее, чем описывалось выше, так как существует фундаментальная дилемма использовать или потерять , относящаяся к аппаратным ресурсам микросхемы. Это значит, что ПЛИС поставляются только с фиксированным набором элементов. Другими словами, если пользователю не подходит микросхема меньшего размера, он может использовать любую доступную ему большего размера, при этом реализовав только часть её ресурсов. [c.118]

Меня просто бросало в дрожь, когда я писал эти слова. Это могло быть от предвкушения, а может быть от предчувствия. Дело в том, что в то время, когда писалась эта книга, идея использовать ПЛИС для цифровой обработки сигналов была сравнительно новой. Это означало отсутствие устоявшихся технологий проектирования устройств на основе ПЛИС. Такая ситуация способствовала тому, что каждый стремился разработать собственный подход, и поэтому, какой бы подход не выбрал пользователь, он мог тут же обнаружить еще один. [c.188]

Способы использования ячеек памяти в ПЛИС на основе статического ОЗУ более подробно будут рассмотрены в следующих главах. Здесь необходимо только заметить, что такие ячейки памяти могут быть использованы для замены плавких перемычек в примере, показанном на Рис. 2.2, наращиваемых перемычек (Рис. 2.4) или транзисторов (и масочно-программируемых соединений), относящихся к ячейкам памяти ПЗУ (Рис. 2.7). Естественно, что в последнем случае, было бы бессмысленно иметь ПЗУ на основе ячеек статического ОЗУ. [c.34]

Что касается ПЛИС, то про них можно сказать, что они являются среднемодульными (или крупномодульными в зависимости от того, кто об этом говорит, поскольку физически они реализуются с использованием высокоуровневых блоков, таких как профаммируемые логические блоки, ранее рассмотренные в этой главе). В этом случае для проектирования лучше использовать специфичные для ПЛИС методы синтеза, размещения элементов и трассировки соединений, поскольку данные методы воспринимают мир в терминах высокоуровневых блоков. [c.58]

Большинство ПЛИС использует для хранения конфигурации ячейки памяти статического ОЗУ, которые могут быть многократно перепрограммируемы. Главным преимуществом этой технологии является то, что они позволяют легко и быстро реализовать и протестировать все новые идеи, относительно легко подстраиваясь под новые стандарты и протоколы. Кроме того, при включении системы такая ПЛИС может быть изначально запрограммирована для выполнения определенных функций, например, самотестирования или тестирования всей системы, а затем может быть перепрограммирована для выполнения своей главной задачи. [c.61]

Не всё так просто в этой жизни Может показаться странным соседство относительно небольшой компании, такой как Altium, с корпоративными гигантами большой тройки . Однако что касается ПЛИС, компания Altium предоставляет полную программно-аппаратную среду разработки для проектирования систем на основе ПЛИС. В ее состав входят системы описания схемотехнических изображений, моделирования, синтеза, компиляции и сборки, комплексные средства отладки и макетная плата, совместимая со многими ПЛИС других поставщиков. [c.108]

Многие современные высокотехнологичные ПЛИС оснащаются одним или несколькими блоками гигабитных передатчиков, описываемых ранее в гл. 21. Каждый такой передатчик может поддерживать несколько каналов. В свою очередь, каждый канал может работать с потоком 2.5 Гбит/с, следовательно, четыре канала могут одновременно передавать данные со скоростью 10 Гбит/с. Кроме того, с микросхемами могут применяться дополнительные внешние устройства, с помощью которых входной оптический сигнал можно преобразовать в четыре электрических канала и передать их в ПЛИС. И наоборот, эти устройства могут объединять четыре электрических канала, приходящих от ПЛИС, и преобразовывать их в один оптический сигнал. Во время написания этой книги появилась информация, что некоторые ПЛИС могут самостоятельно принимать и генерировать оптические сигналы со скоростью 10 Гбит/с. [c.328]

Как автор, я беру на себя смелость утверждать, что эта книга может быть отнесена к разряду любопытного и нестандартного произведения, написанного в жанре технической прозы. Подобное утверждение преследует вполне определенную цель привлечь к книге внимание широкого круга читателей. С одной стороны, это могут быть опытные инженеры, которые либо уже занимаются разработками систем с применением ПЛИС (FPGA) — программируемых логических интегральных схем, либо планируют заняться этим в ближайшем будущем. Именно им адресованы главы по созданию устройств на основе ПЛИС. В них рассматриваются стадии проектирования, инструментарий и методики с огромным количеством замысловатых технических тонкостей, которые способен оценить только инженер. С другой стороны, такие главы, как Основные понятия , доступны читателям самого разного уровня подготовки. [c.16]

Внутренняя архитектура ПЛУ определена производителем, таким образом, что они могут быть сконфигурированы (перепрофаммирова-ны) на месте для выполнения самых различных функций. В отличие от ПЛИС эти устройства содержат меньшее количество вентилей и используются для решения небольших и достаточно простых задач. [c.19]

Что касается стоимости ПЛИС, то она намного ниже стоимости заказных интефальных схем (хотя окончательная версия заказной микросхемы при массовом производстве оказывается более дешевой). К тому же, в случае использования ПЛИС внесение изменений в устройство не вызывает особых затруднений и существенно сокращаются сроки выхода таких устройств на рынок. Все это делает ПЛИС привлекательными не только для крупных разработчиков, но и для небольших новаторских конструкторских бюро, которые благодаря способности ПЛИС создать рай в шалаше остаются жизнеспособными. Другими словами, аппаратные или программные идеи отдельных инженеров или небольших фупп инженеров могут быть реализованы в виде испытательных стендов на основе ПЛИС без больших единовременных затрат на проектирование или закупку дорогостоящей оснастки, необходимой для разработки заказных микросхем. Именно этим объясняется тот факт, что в 2003 году, было начато почти 450000 разработок, предусматривающих использование ПЛИС, всего 5000 разработок с использованием заказных микросхем ASSP и только от 1500 до 4000 разработок с использованием заказных микросхем ASI , причем эти цифры стремительно падают из года в год. [c.19]

Белые области на полосах диаграммы свидетельствуют о том, что, не смотря на возможность более раннего воплощения в жизнь, эти технологии по той или иной причине в то время не вызвали большого восторга у инженеров. Так, фирма Xilinx еще в 1984 году продемонстрировала миру первую микросхему ПЛИС. Однако эти маленькие штучки не произвели должного впечатления на инженеров и не пользовались особой популярностью вплоть до начала 90-х прошлого века. [c.35]

Раньше для апробирования производства микросхем по новым технологиям часто использовались микросхемы памяти. В последнее время совокупность таких характеристик, как размер, сложность и бесперебойность последних поколений ПЛИС сделали возможным их применение для решения и этих задач. В отличие от устройств памяти ПЛИС позволяют легко идентифицировать и обнаруживать дефекты структуры, т. е. установить факт ошибки и даже определить, что и где произошло. Например, когда компании IBM и UM внедряли технологию 0.09 мкм (90 нм), ПЛИС фирмы Xilinx стали первыми устройствами, изготовленными по такой технологии. [c.62]

Так уж повелось в этой жизни, что всегда найдется желающий добавить еще какие-нибудь ингредиенты в котелок с супом. Применительно к ПЛИС некоторые производители часто предлагают весьма экзотические комбинации технологий программирования. Рассмотрим, например, устройство, каждый конфигурационный элемент которого представляет собой комбинацию Flash- (или ЭСППЗУ-) ячейки памяти и связанной с ней ячейки памяти статического ОЗУ. [c.66]

Своеобразной ложкой дегтя в бочке классификации ПЛИС было появление компаний, создающих крупномодульные устройства. Эти устройства содержат массивы узлов, где каждый узел представляет собой сложный элемент, реализующий алгоритмические функции, например быстрое преобразование Фурье (БПФ), или даже ядро микропроцессора общего назначения см. гл. 6 и 23). Суть заключается в том, что на самом деле эти устройства мутят воду, поскольку не классифицируются как ПЛИС. По этой причине архитектуру ПЛИС на основе таблиц соответствия (LUT) часто классифицируют как среднемодульную, тем самым, освобождая термин крупномодульный для обозначения таких устройств, как устройства на основе узлов. [c.68]

В этом случае так же, как и в последовательном режиме, ПЛИС просто вьщает сигнал сброса внешней памяти для обозначения того, что она готова начать чтение данных с начала конфигурационной последовательности, и затем вьщает синхроимпульсы для синхронизации конфигурационных данных, поступающих из внешней памяти. [c.102]

Другая сторона этой проблемы заключалась в том, что изначально средства проектирования заказных микросхем (ASI ) были слишком дорогими (даже утилиты для ввода принципиальных схем, которые в наши дни расценивают как продукт широкого потребления). В то же время поставщики ПЛИС всегда продавали свои средства разработки по очень низкой цене (достаточно крупным покупателям полный набор компонентов для системы проектирования доставался бесплатно), так как все свои усилия данные компании направляли на продажу микросхем. Конечно, это предложение было очень привлекательно для потребителей, но со стороны поставщиков ПЛИС этот шаг был не очень удачным, так как они делали огромные вложения в системы проектирования, которые приносили слишком маленькую прибыль. [c.134]

Особенности реализации RTL — реализация устройства на ПЛИС обычно требует иного стиля кодирования RTL, чем при использовании заказных микросхем (смотри также главы 7, 9 и 18). Другими словами, может оказаться чрезвычайно трудно перенести сложную схему, представленную в RTL-коде, из одной технологии в другую. Это замечание относится к случаям переноса существующих устройств, выполненных на заказных микросхемах, в их эквиваленты на основе ПЛИС, или к случаям реализации устройств в ПЛИС в качестве прототипов ддя последующей реализации устройств на заказных микросхемах. Чтобы прояснить ситуацию, скажу, что информация о реализации устройства жестко зашита в RTL, который вследствие этого становится зависимым от реализации конкретного устройства. Важно понять, что эта особенность выходит за рамки грубого сравнения заказных микросхем и ПЛИС, согласно которому RTL-код, предназначенный для ПЛИС устройства, не подходит для оптимальной реализации заказной микросхемы, и наоборот. Даже в устройствах, предназначенных для решения одних и тех же задач, набор алгоритмов, используемых ддя обработки данных, может потребовать ряд различных микроархитектурных реализаций в зависимости от целевого назначения устройства. Если пойти до конца, скажу, что одни и те же RTL могут использоваться для реализации как заказных микросхем, так и ПЛИС. Этот подход применяется для предотвращения функциональных ошибок в RTL при переносе кода из одной области в другую, но за это приходится платить. Это значит что, если код, изначально предназначенный для ПЛИС, используется для pea- [c.165]

Оба подхода находят своё применение при реализации как ПЛИС, так и заказных микросхем (Рис. 11.6). Первые приложения синтеза на основе расширенной версии языка / ++ использовались преимущественно при проектировании заказных микросхем (ASI ). Объяснить это обстоятельство можно тем, что ранние версии программного обеспечения не могли эффективно работать с ПЛИС-модулями, такими как встроенные блоки ОЗУ, встроенные умножители, и другими. Последние версии этих утилит намного лучше справляются с поставленной задачей, но, как обычно, будущему пользователю настоятельно рекомендую тщательно проверить и оценить то или иное средство, прежде чем оплатить счет. [c.176]

Рис. 11.6 демонстрирует использование зависимого от реализации кода при проектировании ПЛИС и заказных микросхем (ASI ), что требуется для реализации оптимального устройства. На практике один и тот же код может использоваться как для построения ПЛИС, так и для создания заказной микросхемы, но, как обычно, при нецелевом использовании кода придётся расплачиваться эффективностью построения устройства. [c.176]

Необходимо иметь в виду, что на этом этапе не существует правила все сразу и побыстрее . Одни инженеры предпочитают использовать MATLAB в качестве средства начальной разработки, другие выбирают Simulink, что бывает крайне редко. Кое-кто считает, что это предпочтение зависит от опыта пользователя, т. е. занимался ли он разработкой программных средств ЦОС или разработкой заказных микросхем и ПЛИС. Однако есть и такие, которые считают, что все это чушь. На самом деле опыт в данном случае не причем. Но даже если и причем, причины, по которым пользователи делают свой выбор, просто ничто по сравнению с тем, что их ожидает. [c.190]

Создание ПЛИС такого типа сразу породило огромное множество новых проблем. Во-первых, разработчики системы должны были решить, какие функции должны быть реализованы профаммно, т. е. в виде инструкций для выполнения микропроцессором, а какие подлежат аппаратной реализации (используя главную сфуктуру ПЛИС). Во-вторых, среда разработки должна была поддерживать концепцию совместной проверки, при которой аппаратная и всфоенная профам-мная части усфойства должны подвергаться совместной верификации, чтобы убедиться, что всё работает как следует. [c.199]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...