А.А. РОДИОНОВ, Д.В. ЖОХОВ, К.Ю. БОЧАРОВМосковский инженерно-физический институт (государственный университет)РАЗРАБОТКА УНИФИЦИРОВАННОЙ АДАПТИРОВАННОЙ СБИС ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЮЩИХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ В ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХВ докладе описывается перспективная разработка в области проектирования оптоэлектронных систем (ОЭС). Результатом разработки станет СБИС типа «система на кристалле». В состав СБИС войдет большое количество сложно-функциональных блоков: блок цифровой обработки сигналов, блок управления, ОЗУ, АЦП, ЦАП, видео-ЦАП, блоки внешнего интерфейса. На сегодняшний день прямых аналогов подобной системы не существует, таким образом, появление СБИС позволит устранить зависимость от зарубежных производителей электронных компонентов при проектировании ОЭС на дискретной элементной базе.Для реализации модулей электронной обработки (МЭО) информации в ОЭС с многоэлементными фотоприемными устройствами (ФПУ) в настоящее время используются импортные микросхемы АЦП, ЦАП, видеоЦАП, ОЗУ и ПЛИС, изготавливаемые фирмами Analog Devises, Texas Instruments, Xilinx, Altera и др. Эти микросхемы многофункциональны (избыточны), что приводит, в частности, к их повышенному энергопотреблению, сравнительно большим габаритам и массе. Оптимизация схемотехнических решений в СБИС типа «система на кристалле», а также интеграция функций нескольких микросхем в одном кристалле позволит снизить ее потребляемую мощность не менее чем в 2 раза и массогабаритные характеристики не менее чем в 1,5 – 2 раза, а также позволит устранить зависимость от зарубежных производителей в данной области. В результате разработки СБИС и ее использования, например, в тепловизионных системах, удастся реализовать унифицированный электронный блок обработки информации, обеспечивающий формирование управляющих напряжений, аналого-цифровое преобразование выходного сигнала и его цифровую обработку, включающую компенсацию неоднородности, автоматическую регулировку яркости и контрастности, электронное увеличение изображения и его развороты, селекцию объектов по заранее заданным признакам и т.д. Адаптация к ФПУ различных типов и форматов будет осуществляться на программном уровне. Основные функциональные элементы и характеристики разрабатываемой СБИС: статическое ОЗУ объемом 8 Кбайт; 12-ти разрядный АЦП, время преобразования не более 100нс; три 10-ти разрядных ЦАП, время преобразования не более 100нс; блок цифровой обработки сигналов (настраиваемые алгоритмы обработки показаний фотоэлектронной матрицы), рабочая частота – 60 МГц; блок управления (процессорное ядро ATMega103), рабочая частота – 4 МГц; два 8-ми разрядных параллельных порта; блок граничного тестирования (JTAG); 8-ми разрядный видео ЦАП, время преобразования не более 10нс; последовательный порт RS-232C; контроллер термоэлектронного охладителя. В разрабатываемых ранее модулях тепловизионных ОЭС все перечисленные блоки были реализованы на дискретных элементах. В роли блока цифровой обработки выступала ПЛИС фирмы Xilinx c фиксированной логикой работы, что требовало разработки новых HDL-моделей и полного перепрограммирования кристалла, если требовалось внести изменение в вычислительные алгоритмы. Управление работой ПЛИС, а также обмен информацией с персональным компьютером обеспечивал 16-разрядный микроконтроллер семейства MSP430 компании Texas Instruments. Макетный вариант проектируемой системы предполагает распределение всех блоков на 2-х кристаллах. По функциональному назначению эти кристаллы являются блоком цифровой обработки и блоком управления (рис. 1). Такое разделение позволит существенно облегчить тестирование и отладку разрабатываемых модулей. Рис. 1. Структура системыСписок литературы 1. Ferguson I. Architectural-design considerations for implementing hardware acceleration // EDN 2005 2. Родионов А.А., Пташко А.В. Возможности использования IP-моделей микроконтроллеров в качестве блоков управления в «системах на кристалле» // Научная сессия МИФИ-2006. Сб. науч. тр. В 16 т. М.: МИФИ, 2006. Т. 1. С.136-137.