Область застосування ПЛІС

Перші ПЛІС з'явилися в середині 80-х років. ПЛІС, як правило, використовувалися для створення прототипів замовлених мікросхем або для створення дослідницьких стендів, на яких перевіряється фізична реалізуємість нових алгоритмів.

До початку другого тисячоріччя з'явилися високовиробничі ПЛІС, які містять мільйони вентилів. Сучасні ПЛІС знаходять застосування практично в будь-якій сфері, включаючи пристрої зв'язку й програмувальні радіостанції. ПЛІС застосовують у радіолокації, обробці зображень і в інших додатках цифрової обробки сигналів (ЦОС).

Якщо бути більше точним, у цей час ПЛІС заповнюють чотири великих сегменти ринку: замовлені інтегральні схеми, цифрова обробка сигналів, системи на основі мікроконтролерів, що вбудовуються, і мікросхеми, що забезпечують фізичний рівень передачі даних. Крім того, з появою ПЛІС з'явився новий сектор ринку - системи з перебудованою архітектурою, або reconfigurable computing (RC).

· Замовлені інтегральні схеми. Як ми вже відзначали, сучасні ПЛІС призначені для створення пристроїв такого рівня, що до цього могли забезпечити тільки замовлені мікросхеми.

· Цифрова обробка сигналів. Сучасні ПЛІС містять убудовані помножувачі, схеми арифметичного перенесення й великий обсяг оперативної пам'яті усередині кристала. Все це з високим ступенем паралелізму ПЛІС забезпечує перевагу ПЛІС над найшвидшими сигнальними процесами в 500 і більше разів.

· Вбудовані мікроконтролери тощо. Нескладні завдання керування звичайно виконуються вбудованими процесорами спеціального призначення, які називаються мікроконтролерами. Ці недорогі пристрої містять убудовану програму, пам'ять команд, таймери, інтерфейси вводу/виводу, розташовані поруч із ядром на одному кристалі. У результаті ПЛІС стають усе більше привабливими пристроями для реалізації функцій мікроконтролерів.

· Фізичний рівень передачі даних. Сучасні ПЛІС можуть містити безліч високошвидкісних передавачів, а це означає, що мережні й комунікаційні функції можуть бути реалізовані в одному пристрої.

· Системи з перебудовуємою архітектурою. У цей час різні компанії зайняті створенням величезних обчислювальних машин, що перенастроюються, на основі ПЛІС. Такі системи можуть використовуватися для виконання широкого спектра завдань – від моделювання апаратури до криптографічного аналізу або створення нових ліків.

6.7.3 Прості й складні програмувальні логічні пристрої (ПЛП)

Перші програмувальні інтегральні мікросхеми можна віднести до програмувальних логічних пристроїв (ПЛП). Вони з'явилися в 70-х у вигляді мікросхем ППЗП й були досить примітивними. Тільки до кінця 70-х з'явилися більше складні версії цих пристроїв. Щоб відрізнити їх від менш складних попередників, ці пристрої стали називати складними ПЛП. Природно, що надалі менш складні пристрої стали називатися простими ПЛП.

У результаті виникла деяка плутанина, причому одні сприймають поняття прості й складні ПЛП як синоніми, у той час як інші вважають, що термін ПЛП містить у собі як прості, так і складні пристрої.

Наприклад, у випадку простих ПЛП існує безліч похідних архітектур, багато з яких позначаються абревіатурами з різних комбінацій тих же трьох або чотирьох літер (рис. 6.14).

Рис. 6.14. Архітектура ПЛП

6.7.4 Програмувальні логічні матриці (ПЛМ)

Перші програмувальні логічні матриці з'явилися приблизно в 1975 році. Більшість користувачів використовували їх як прості ПЛП, тому що обидва масиви, тобто й масив функції І, і масив функцій АБО, були програмовані.

Якщо взяти просту ПЛМ із трьома входами й трьома виходами в незапрограмованому стані (рис. 6.15), на відміну від ППЗП кількість функцій І в однойменному масиві не залежить від кількості входів матриці. При цьому додаткові функції І можуть бути сформовані шляхом простого додавання в масиві рядків.

– програмувальний зв'язок

Рис.6.15. Незапрограмована ПЛМ.

Аналогічна кількість функцій АБО в однойменному масиві не залежить від кількості входів матриці й від розміру масиву функцій І. Додаткові функції АБО можуть бути сформовані шляхом простого додавання в цьому масиві стовпчиків.

Припустимо, що ПЛМ повинна реалізувати наступні три рівняння:

Вирішити це завдання можна шляхом програмування відповідних зв'язків, як показано на рис. 6.16.

Доля розпорядилася таким чином, що ПЛМ ніколи не займали істотної частки ринку, але при цьому час від часу деяким постачальникам вдавалося вразити ринок якими-небудь новинками своїх пристроїв. Так, у ПЛМ немає твердої необхідності підключати масив функцій АБО до виходу масиву функції І. тому деякі альтернативні конфігурації наприклад масив функції І, підключений до входу масиву АБО - НЕ, іноді показував погані результати. Однак, незважаючи на теоретичну можливість реалізація на практиці, функції АБО - І, І-НЕ-АБО, НЕ-АБО-НЕ відносно рідко зустрічалися або просто не існували. Одною із причин, за якою ПЛМ продовжує працювати з архітектурою І-АБО й (І-АБО-НЕ), стало те, що вираження суми добутків найбільше часто використовується в логічних рівняннях. Інші типи рівнянь, такі як добуток - сум, приводяться до них за допомогою стандартних алгебраїчних методів. Таке перетворення звичайно виконується за допомогою програм, які, умовно кажучі, можуть зробити цю роботу й зі зв'язаними руками.

Мікросхеми ПЛМ рекламувалися як досить корисні пристрої для більших схем, логічні рівняння яких характеризувалися більшою кількістю однакових добутків. Наприклад, добуток виду використовується двічі для обчислення виходу w і для обчислення входу х (рис. 6.16). Ця властивість називається розподілом добутків.

Рис. 6.16. Запрограмована ПЛМ.

Разом з тим для проходження через програмувальні зв'язки сигналом потрібно набагато більше часу, ніж при проходженні через їхні визначені аналоги. Тому ПЛМ працюють повільніше, ніж ППЗП, тому що обидва масиви функції І, і функції АБО є програмувальними.

Дата добавления: 2015-10-24