на тему «плис» (стр. 3 из 9)

Выпускаемые компанией Actel многократно программируемые матрицы на основе Flash-технологии имеют следующие достоинства:

- возможность перепрограммирования непосредственно в системе (ISP);

- логическая емкость до 1 млн. системных вентилей;

- малое энергопотребление;

- высокая системная производительность – до 350 МГц;

- готовность к работе с момента подачи питания – отсутствует процесс загрузки конфигурации;
- высокая радиационная стойкость – накопленная доза до 100 крад и устойчивость к воздействию высокоэнертегических частиц свыше 60 МэВ/см2 (для микросхем в исполнении MIL-STD-883B);
- отсутствие возможности несанкционированного считывания конфигурации – конфигурация защищается технологией FlashLock, конфигурационная последовательность при запуске отсутствует;
- богатый выбор поддерживаемых стандартов ввода-вывода;

- полная совместимость по корпусам изделий различной емкости и в различном исполнении.
К выпуску готовится новое поколение многократно программируемых ПЛИС емкостью до 3 млн. системных вентилей с улучшенной архитектурой ячейки, расширенным набором интерфейсов ввода-вывода и с блоками флэш-памяти для хранения программ или данных микропроцессоров, встроенных в «систему на кристалле».
Современный маршрут проектирования интегральных систем состоит из трех основных этапов: ввода (описания) проекта, его синтеза в выбранном базисе и, наконец, трассировки и размещения на кристалле. Неотъемлемая часть маршрута проектирования – комплексная верификация дизайна с помощью средств симуляции после каждого из основных его этапов: до синтеза, после синтеза и после размещения на кристалле. Если спецификация проекта (включая построение testbench) разработана с должным качеством и последовательно реализована в RTL, можно практически полностью выявить и устранить ошибки дизайна еще до программирования кристалла. Такой подход, конечно, выдвигает высокие требования к организации проектной группы и самодисциплины всех ее инженеров и менеджеров. Однако результаты работы, выраженные в качестве конечного изделия, безусловно, окупают организационные затраты. Поскольку проекты разработки «систем на кристалле» по своей сложности значительно превосходят «обычные» проекты создания связующих логических схем на ПЛИС, роль средств управления группой разработчиков становится не менее важной, чем роль комплексов программных средств разработки ПЛИС и СБИС (EDA), например FPGA Advantage фирмы Mentor Graphics.

Коротко рассмотрим основные требования к организации проектного менеджмента при создании систем на кристалле. Современная система управления разработкой, построенная в соответствии с требованиями международных стандартов качества ISO, должна пердусматривать проведение проектных форумов для обсуждения технических деталей проекта в режиме реального времени. Кроме того, в нее должны входить подсистемы отладки проектов (issue tracking), хранения исходных данных проекта (knowledge base), контроля версий (version control) и планирования для прогноза сроков выполнения этапов проекта и оперативной корректировки планов. При этом значительно возрастают требования к руководителю проекта, который должен оперативно управлять работой группы в реальном времени.
Одна из компаний, успешно разрабатывающих системные решения на основе новых поколений ПЛИС высокой интеграции фирмы Actel, – петербургское СКБ Интегральных Систем (www.asicdesign.ru), имеющее статус официального технического центра Actel в России.
На платформе ПЛИС ProASICplus в СКВ ИС создан комплекс программно-аппаратных решений СнК186 для построения бортовых регистраторов высокоскоростных данных.
Структура устройства, представляющего собой бортовой управляющий вычислительный комплекс (БУВК) автономного робота с подсистемой сбора и хранения потоковых данных (160 Мбит/с), реализована на одной печатной плате с «системой на кристалле» на основе ПЛИС APA750-PQ208I емкостью 750 тыс. системных вентилей. В состав системы входят: процессорное ядро Турбо186, контроллер USB 2.0 с производительностью 480 Мбит/с, контроллер IDE ATA5 для внешнего накопителя, контроллер телеметрической информации и аппаратный компрессор данных «без потерь». Плата с потреблением около 1 Вт и габаритами 100×200 мм позволила заменить громоздкий бортовой промышленный компьютер, существенно улучшив эксплуатационные характеристики и параметр FIT системы в целом. Очевидно, что подобные решения находят применение в большом числе бортовых приложений в самых различных областях, где важны габариты и энергопотребление устройства, а к надежности системы предъявляются повышенные требования. Благодаря широкому применению технологии «система на кристалле» на основе оптимальной платформы ПЛИС такие решения позволят выйти на новый технологический уровень и будут способствовать модернизации промышленности.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛИС

Микросхемы, программируемые пользователями, открыли новую страницу в истории современной микроэлектроники и вычислительной техники. Они сделали БИС/СБИС, предназначенные для решения специализированных задач, стандартной продукцией электронной промышленности со всеми вытекающими из этого положительными следствиями: массовое производство, снижение стоимости микросхем, сроков разработки и выхода на рынок продукции на их основе. ПЛИС можно классифицировать по многим признакам, в первую очередь:

- по уровню интеграции и связанной с ним логической сложности;
- по архитектуре (типу функциональных блоков, характеру системы межсоединений);
- по числу допустимых циклов программирования;

- по типу памяти конфигурации («теневой»памяти);

- по степени зависимости задержек сигналов от путей их распространения;
- по системным свойствам;

- по схемотехнологии (КМОП, ТТЛШ и др.);

- по однородности или гибридности (по признаку наличия или отсутствия в микросхеме областей с различными по методам проектирования схемами, такими как ПЛИС, БМК, схемы на стандартных ячейках).

Все перечисленные признаки имеют значение и отображают ту или иную сторону возможных классификаций. Выделяя основные признаки и укрупняя их, рассмотрим классификацию по трем, в том числе двум комплексным, признакам:
- по архитектуре;

- по уровню интеграции и однородности/гибридности;

- по числу допустимых циклов программирования и связанному с этим типу памяти конфигурации.

В классификации по первому признаку (рис. 2, а) ПЛИС разделены на 4 класса.
Первый из классов — SPLD, Simple Programmable Logic Devices, т. е. простые программируемые логические устройства. По архитектуре эти ПЛИС делятся на подклассы программируемых логических матриц ПЛМ (PLA, Programmable Logic Arrays) и программируемой матричной логики ПМЛ (PAL, Programmable Arrays Logic, или GAL, Generic Array Logic).

Оба эти подкласса микросхем реализуют дизъюнктивные нормальные формы (ДНФ) переключательных функций, а их основными блоками являются две матрицы: матрица элементов И и матрица элементов ИЛИ, включенные последовательно. Такова структурная модель ПЛМ и ПМЛ. Технически они могут быть выполнены и как последовательность двух матриц элементов ИЛИ-НЕ, но варианты с последовательностью матриц И-ИЛИ и с последовательностью матриц ИЛИ-НЕ — ИЛИ-НЕ функционально эквивалентны, т. к. второй вариант согласно правилу де Моргана тоже реализует ДНФ, но для инверсных значений переменных.
На входы первой матрицы поступают n входных переменных в виде как прямых, так и инверсных значений, так что матрица имеет 2n входных линий. Таким образом, отпадает необходимость специально инвертировать входные переменные и на промежуточных шинах можно реализовать любую конъюнкцию входных переменных и их инверсий, а также переменных обратных связей. На выходах матрицы И формируются конъюнктивные термы, ранг которых не выше n. В дальнейшем для краткости конъюнктивные термы называются просто термами.

Рис.2. Классификация ПЛИС (а – по архитектуре, б – по уровню интеграции)

Выработанные термы поступают на вход матрицы ИЛИ. Эти матрицы для ПЛМ и ПМЛ различны. В ПЛМ матрица ИЛИ программируется, а в ПМЛ она фиксирована.
Программируемая матрица ИЛИ микросхем ПЛМ составлена из дизъюнкторов, имеющих по q входов. На входы каждого дизъюнктора при программировании можно подать любую комбинацию имеющихся термов, причем термы можно использовать многократно (т. е. один и тот же терм может быть использован для подачи на входы нескольких дизъюнкторов).
Число дизъюнкторов в матрице ИЛИ определяет число выходов ПЛМ. Из изложенного видно, что ПЛМ позволяет реализовать систему из m переключательных функций, зависящих не более чем от n переменных и содержащих не более чем q термов.
В ПМЛ выработанные матрицей И термы поступают на фиксированную (непрограммируемую) матрицу элементов ИЛИ. Это означает жесткое заранее заданное распределение имеющихся термов между отдельными дизъюнкторами.
ПЛМ обладают большей функциональной гибкостью, все воспроизводимые ими функции могут быть комбинациями любого числа термов, формируемых матрицей И. Это полезно при реализации систем переключательных функций, имеющих большие взаимные пересечения по термам. Такие системы свойственны, например, задачам формирования сигналов управления машинными циклами процессоров. Для широко распространенных в практике задач построения «произвольной логики» большое пересечение функций по термам не типично. Для них программируемость матрицы ИЛИ используется мало и становится излишней роскошью, неоправданно усложняющей микросхему. Поэтому микросхемы ПМЛ распространены больше, чем ПЛМ, и к их числу относится большинство SPLD. Обобщённая структура «классической» ПМЛ представлена на рис.3.

Рис.3. Обобщённая структура «классической» ПМЛ

«Классические» ПМЛ также позволяют программировать высокоимпедансное (третье) состояние выходного буфера, что делает возможным двунаправленный вывод использовать как вход. Кроме того, индивидуальное управление с помощью отдельного терма третьим состоянием выходного буфера позволяет двунаправленный вывод в один момент времени использовать как выход, а в другой момент – как вход или отключать от внешней шины, например, для уменьшения нагрузки.