Программируемые логические ИС

Программируемые логические ИС.Специализированныеполузаказные ИС на базовых матричных кристаллах БМК , называемых за рубежомвентильными матрицами Gate Arrays , безусловно, обладают рядом преимуществ.Основным из них является возможность создания на их основе самых различныхмикросхем при наличии развитых средств проектирования. Именно это, наряду снизкой стоимостью самих кристаллов, и обусловило широкое

распространение БМК в60-70 годы.Однако весьмаочевидны и недостатки матричных кристаллов. Прежде всего речь идет означительных сроках и затратах на проектирование специализированных ИС наоснове БМК. Эта негативная их особенность послужила предпосылкой для появлениянового класса специализированных полузаказных микросхем СПИС -программируемых логических ИС ПЛИС . В зарубежной литературе синонимом ПЛИСявляется аббревиатура

PLD-programmable logic devices.ПЛИС- этоинтегральные микросхемы, содержащие программируемую матрицу элементовлогического И конъюнкторов , программируемую или фиксируемую матрицу элементовлогического ИЛИ дизъюнкторов и так называемые макроячейки в зарубежнойлитературе-macrocells . Макроячейки, как правило, включают в себя триггер,тристабильный буфер и вентиль исключающее ИЛИ, управляющий уровнем активностисигнала. Размерность матриц и конфигурация макроячеек определяют

степеньинтеграции и логическую мощность ПЛИС.В сочетании сразнообразными обратными связями перечисленные элементы формируют завершеннуюавтоматную структуру, ориентированную на реализацию как комбинационных дешифраторов,мультиплексоров, сумматоров , так и последовательностных схем управляющих автоматов, контроллеров, счетчиков .В ПЛИС заложенывозможновти, которые позволяют превратить ее в ИС с любой функцией цифровойлогики. Проектирование сводится к выявлению программируемых элементов перемычек

или запоминающих ячеек , после удаления которых в структуре схемыостаются только те связи, которые необходимы для выполнения требуемых функций.На практике эта задача весьма непростая, так как современные ПЛИС содержат всреднем несколько десятков тысяч перемычек. Поэтому для проектированияобязательно применяют системы автоматизированного проектирования САПР ПЛИС .Благодаря наличиюразличных систем автоматизированного проектирования, а также структурным

и технологическимособенностям, ПЛИС представляют технологию рекордно-короткого цикла разработкирадиоэлектронной аппаратуры. Причем весь цикл проектирования и изготовленияготового устройства осуществляется самим разработчиком, что значителбно снижаетстоимость РЭА по сравнению с использованием БМК.Если за рубежомПЛИС уже заняли заметное место в арсенале разработчика РЭА, то в России истранах СНГ эта технология только начинает по-настоящему развиваться.

Отставание объясняется рядом причин. Во-первых, очень узка номенклатура ПЛИС нанашем рынке элементной базы. Во-вторых, практическая недоступность для нашихспециалистов современных зарубежных систем проектирования. В-третьих,недостаток информации в технической литературе о ПЛИС и методах работы с ними.Нужно, однако,отметить, что в начале 90-х годов у нас стали наблюдаться некоторые реальныесдвиги в приминении ПЛИС на отдельных предприятиях.

Этому в первую очередьспособствовало появление отечественных ПЛИС для решения многих задач. Назовем,например, ПЛИС с плавкими перемычками по технологии ТТЛШ, производимые в НИИМЭв Зеленограде. В их числе уже давно известные ПЛМ К556РТ1,К556РТ2,К556РТ21 исравнительно недавно выпускаемые ИС КМ1556ХП4,КМ1556ХП6,КМ1556ХП8,КМ1556ХЛ8, являющиеся аналогами широко распространенных в мире

ПЛИС семейства PAL.Сыгралопределенную роль и выход на отечественный рынок фирмы INTEL, представившей вчисле своей продукции ПЛИС по технологии КМОП с УФ-стиранием. Наибольшуюизвестность получили ПЛИС 85С060,85С090 и 85C22V10, считавшаяся в 80-х годахмировым промышленным стандартом на ПЛИС.Основныехарактеристики зарубежных и отечественных

ПЛИС приведены в таблице.В каких же случаяхцелесообразно применять ПЛИС ?Во-первых, приразработке оригинальной аппаратуры , а также для замены обычных ИС малой исредней степени интеграции. При этом значительно уменьшаются размерыустройства, снижается потребляемая мощность и повышается надежность.Наиболееэффективно использование ПЛИС в изделиях, требующих нестандартныхсхемотехнических решений.

В этих случаях ПЛИС даже средней степени интеграции 24 вывода заменяет, как правило, до 10-15 обычных интегральных микросхем.Другим критериемиспользования ПЛИС является потребность резко сократить сроки и затраты напроектирование, а также повысить возможность модификации и отладки аппаратуры.Поэтому ПЛИС широко применяется в стендовом оборудовании, на этапах разработкии производства опытной партии новых изделий, а также для эмуляции схем,подлежащих последующей

реализации на другой элементной базе, в частности БМК.Отдельная областьприменения ПЛИС - проектирование на их основе устройств для защиты программногообеспечения и аппаратуры от несанкционированного доступа и копирования. ПЛИСобладают такой технологической особенностью, как бит секретности ,после программирования которого схема становится недоступной для чтения хотясвои функции

ПЛИС, естественно, продолжает выполнять . Обычно применениеодной-двух ПЛИС средней степени интеграции оказывается вполне достаточной длянадежной защиты информации.Наиболее широкопрграммируемые логические ИС используются в микропроцессорной и вычислительнойтехнике. На их основе разрабатываются контроллеры, адресные дешифраторы, логикаобрамления микропроцессоров, формирователи управляющих сигналов и др. На ПЛИС частоизготавливают микропрограммные автоматы и другие

специализированные устройства,например, цифровые фильтры, схемы обработки сигналов и изображения, процессорыбыстрого преобразования функций Фурье и т.д. В технике связи ПЛИС применяются ваппаратуре уплотнения телефонных сигналов.Применение ПЛИСстановится актуальным еще и потому, что у разработчиков зачастую нетнеобходимых стандартных микросхем.