 |
Аппаратурные и технологические характеристики ПЛИС
|
|
|
|
Среди производителей ПЛИС необходимо отметить ведущие фирмы ALTERA и XILINX, выпускающие широкую номенклатуру ИС и программные системы поддержки проектирования. Рассмотрим кратко свойства выпускаемых ПЛИС и приведем их сравнительную характеристику.
Фирма XILINX, является одним из ведущих производителей ПЛИС. Она предоставляет разработчикам широкий спектр кристаллов с различной технологией производства, степенью интеграции, архитектурой, быстродействием, потребляемой мощностью и напряжением питания, выпускаемых в различных типах корпусов и в нескольких вариантах исполнения, включая коммерческое, промышленное и военное.
Кристаллы, выпускаемые фирмой XILINX, в полной мере реализуют преимущества ПЛИС по сравнению с «жесткой логикой»:
– высокое быстродействие (системные частоты более 400 МГц);
– размещение до 10 миллионов вентилей на кристалл;
– технологические нормы до 0.12 мкм на 8-ми слоях металла;
– гибкость архитектуры;
– возможность инициализации и верификации через JTAG;
– возможность программирования непосредственно в системе;
– высокая степень интеграции, позволяющая разместить цифровое устройство в одном кристалле и тем самым снизить время и затраты на трассировку и производство печатных плат;
– наличие мощных инструментов САПР, позволяющих устранить возможные ошибки в процессе проектирования устройства;
– широкая номенклатура кристаллов;
– сравнительно низкая стоимость;
– низкое энергопотребление;
– короткий цикл проектирования и быстрое время компиляции;
– возможность последующей реализации проектов ПЛИС для серийного производства в виде заказных СБИС, что позволяет значительно снизить их себестоимость.
|
|
|
При изготовлении ПЛИС фирмой XILINX используются три основные технологии:
– на основе SRAM (тип FPGA), при этом конфигурация ПЛИС хранится во внутреннем «теневом» ОЗУ, а инициализация осуществляется из внешнего массива памяти. По данной технологии выполнены серии: Spartan, Virtex, XC 3000, XC 4000, XC 5200;
– на основе FLASH (тип CPLD), в данном случае конфигурация сохраняется во внутренней энергонезависимой FLASH - памяти и в любой момент времени может быть перегружена непосредственно из PC. По данной технологии выполнена серия XC9500;
– на основе EEPROM (тип CPLD), в данном случае конфигурация сохраняется во внутренней энергонезависимой EEPROM - памяти и в любой момент времени может быть перегружена непосредственно из PC. По данной технологии выполнена серия CoolRunner.
Микросхемы типа FPGA после отключения питания не сохраняют конфигурацию, поэтому для хранения конфигурационной информации выпускаются конфигурационные ПЗУ (серии XC 1700 и XC 1800) и программатор HW -130 для них. На этапе отладки конфигурация может загружаться с компьютера с помощью средств загрузки: Parallel Cable III, XChecker Cable, MultiLinx Cable.
Оптимальное сочетание таких параметров как быстродействие, потребление энергии, степень интеграции, стоимость делает ПЛИС фирмы ALTERA идеальным средством для построения плат расширения персональных компьютеров, систем управления и телекоммуникации, устройств цифровой обработки сигналов для стационарных и мобильных систем связи.
В настоящее время фирма ALTERA выпускает семь семейств ИС программируемой логики. Наиболее популярные из них характеризуются следующими свойствами.
Семейство MAX (Multiple Array matriX) 7000 объединяет семь серий ПЛИС. ПЛИС этого семейства позволяют заменить устройство, содержащее до сотни корпусов микросхем средней степени интеграции, и обеспечивают:
– задержку распространения сигнала от любого входа до выхода ПЛИС не более 5 нс;
|
|
|
– устойчивую работу на частотах до 151 МГц;
– возможность регулирования скорости переключения выходных буферов;
– возможность использования четырех режимов работы выходных буферов: вход, выход, двунаправленный, открытый коллектор;
– возможность задания режима пониженного энергопотребления (Turbo-off) как для всей СБИС в целом, так и для цепей распространения отдельных сигналов;
– возможность программирования и перепрограммирования после монтажа на плате;
– возможность задания режима секретности разработки (Design Security);
– работу с пониженным (3.3 В) напряжением питания.
ПЛИС ряда серий семейства MAX 7000 соответствуют требованиям стандарта шины PCI.
Семейство FLEX (Flexible Logic Element matriX) 8000 A объединяет шесть серий ПЛИС. ПЛИС этого семейства позволяют заменить устройство, занимающее десятки плат, выполненных на микросхемах средней степени интеграции, и обеспечивают возможность:
– устойчивой работы на частотах до 294 МГц;
– эмуляции внутренней шины с тремя состояниями;
– работы с пониженным напряжением питания (3.3 В);
– работы в системах со смешанным напряжением питания (3.3 В, 5.0В);
– реализации неограниченного числа циклов реконфигурирования, в том числе "на лету", т.е. без выключения питания ПЛИС;
– регулирования скорости переключения выходных буферов;
– использования трех режимов работы выходных буферов: вход, выход, двунаправленный.
Все ПЛИС этого семейства совместимы со стандартом шины PCI.
Семейство MAX (Multiple Array matriX) 9000 объединяет четыре серии микросхем. ПЛИС этого семейства позволяют заменить устройство, занимающее десятки плат, выполненных на микросхемах средней степени интеграции, и обеспечивают возможность:
– устойчивой работы на частотах до 117 МГц;
– независимого использования логической части и триггера макроячейки;
– задания режима пониженного энергопотребления (power-saving mode) как для всей ПЛИС в целом, так и для цепей распространения отдельных сигналов;
– программирования и репрограммирования после распайки на плате;
– работы в системах с напряжением питания 3.3 В, 5.0В;
– регулирования скорости переключения выходных буферов;
– использования трех режимов работы выходных буферов: вход, выход, двунаправленный.
|
|
|
ПЛИС ряда серий семейства MAX 9000 совместимы со стандартом шины PCI.
Семейство FLEX (Flexible Logic Element matriX) 10 K объединяет семь серий ПЛИС. ПЛИС этого семейства позволяют заменить устройство, занимающее сотни плат, выполненных на микросхемах средней степени интеграции, и обеспечивают возможность:
– устойчивой работы на частотах до 450 Мгц;
– реализации на кристалле статической памяти и ПЗУ объемом до 24 Кбит;
– независимого использования логической части и триггера каждого логического элемента;
– эмуляции внутренней шины с тремя состояниями;
– умножения внутренней тактовой частоты;
– работы в системах со смешанным напряжением питания (3.3 В, 5.0В);
– реализации неограниченного числа циклов репрограммирования, в том числе "на лету", т. е. без выключения питания ПЛИС;
– регулирования скорости переключения выходных буферов;
– использования четырех режимов работы выходных буферов: вход, выход, двунаправленный, открытый коллектор.
Все ПЛИС этого семейства совместимы со стандартом шины PCI.
Основными тенденциями развития выпускаемых фирмой ALTERA семейств ПЛИС являются:
– увеличение степени интеграции;
– повышение гибкости в использовании внутренних ресурсов;
– уменьшение энергопотребления в расчете на эквивалентный логический вентиль;
– повышение быстродействия.
|
|
|
