Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС)

Черноморское Высшее Военно-Морское училище имени П.С. Нахимова Дисциплина «Информационно-управляющие технологии» Лекция № 30 ТЕМА: ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ (ПЛИС) ТЕМА: ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ (ПЛИС) Цель: получить знания по принципам построения и особенностям применения программируемых логических интегральных схем Вопросы 1 . Общие понятия о ПЛИС. Классификация ПЛИС. 2. Принципы работы с ПЛИС в специализированных средах. Литература 1.Курс лекций по дисциплине «Информационно-управляющие технологии», Севастополь, ЧВВМУ, 2015 г, лекция № 30 (электронный вариант). 2 ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИ́ЧЕСКИЕ ИНТЕГРА́ЛЬНЫЕ СХЕМЫ (ПЛИС). ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛИС, (англ., programmable logic device, PLD) — электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования). Для программирования используются программаторы и отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры 3 ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛИС 1. При разработке оригинальной аппаратуры , а также для замены обычных ИС малой и средней степени интеграции. При этом значительно уменьшаются размеры устройства, снижается потребляемая мощность и повышается надежность. 2. При необходимости резко сократить сроки и затраты на проектирование, а также повысить возможность модификации и отладки аппаратуры. 3. При проектировании на основе ПЛИС устройств для защиты программного обеспечения и аппаратуры от несанкционированного доступа и копирования. 4 УКРУПНЕННАЯ СХЕМА ПОСТРОЕНИЯ ПЛИС ПЭВМ со средой разработки УЗЕЛ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ПЛИС КОММУТАЦИОННАЯ МАТРИЦА МАТРИЦА ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ МАТРИЦА УЗЛОВ ВВОДА-ВЫВОДА ПЛИС 5 ВИДЫ КЛАССИФИКАЦИИ ПЛИС -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 распространения; задержек сигналов от путей их -по системным свойствам; -по схемотехнологии (КМОП, ТТЛШ и др.). 6 КЛАССИФИКАЦИИ ПЛИС ПО АРХИТЕКТУРНЫМ ПРИЗНАКАМ 7 КЛАССИФИКАЦИИ ПЛИС ПО УРОВНЮ ИНТЕГРАЦИИ 8 КЛАССИФИКАЦИИ ПЛИС ПО КРАТНОСТИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ 9 ОСНОВНЫЕ ФИРМЫ ПРОИЗВОДИТЕЛИ ПЛИС Achronix Actel Altera Atmel Lattice semiconductor Xilinx 10 ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ С ПЛИС В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ СРЕДАХ Quartus II (предшественник MAX PLUS II) наиболее распространенная система проектирования устройств на ПЛИС фирмы Altera. ПО системы Quartus II , представляющее собой единое целое, обеспечивает управление пользователем средой логического проектирования и помогает достичь максимальной эффективности и производительности. 11 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Quartus II 12 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ ПРОЕКТА В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ СРЕДАХ 1. Ввод описания проекта (Design Entry) возможно описание проекта в виде файла на языке описания аппаратуры, созданного либо во внешнем редакторе, либо в. текстовом редакторе Quartus II или MAX+PLUS II (Text Editor), в виде схемы электрической принципиальной, сделанной с помощью графического редактора Graphic Editor, или в виде временной диаграммы, созданной в сигнальном редакторе Waveform Editor. 2. Верификация (проверка) проекта (Project verification) выполняется с помощью симулятора (simulator), результаты работы которого удобно просмотреть в сигнальном редакторе Waveform Editor - в нем же создаются тестовые воздействия. 3. Компиляция проекта, включая извлечение списка соединений (Netlist Extractor), построение базы данных проекта (Data Base Builder), логический синтез (logic synthesis), извлечение временных, функциональных параметров проекта (SNF Extractor), разбиение на части (Partioner), трассировка (Fitter) и формирование файла программирования или загрузки (Assembler) выполняются с помощью компилятора системы (Compiler). 4. Программирование или загрузка конфигурации устройств с использованием соответствующего аппаратного обеспечения выполняется с помощью модуля программатора (Programmer). 13