Классификация устройств с программируемой структурой (УПС)

Одним из основных признаков классификации является.

организация структуры (архитектура) устройства, отражающая совокупность элементов, вид и способы связей между ними. Этот признак дает наиболее полные сведения о функциональных возможностях программируемых устройств. Классификация по структурному признаку с учетом исторических этапов развития У ПС приведена на рис. 12.1. Программируемые логические матрицы, программируемая матричная логика и программируемые ПЗУ образуют класс простых программируемых логических устройств (БРЬО). Базовые матричные кристаллы, среди которых выделяют стандартные и появившиеся в последнее время структурированные варианты, являются полузаказными ИС. Сложные программируемые логические устройства (СРЫ)) и программируемые пользователем вентильные матрицы (№СЛ) отличаются максимальными сложностью структуры и функциональными возможностями. Системы на кристалле можно рассматривать как продолжение и дальнейшее развитие УПС.

По способу программирования УПС разделяют на устройства с однократным программированием и репрограммируемые устройства. В свою очередь, каждый класс устройств подразделяется на отдельные подклассы, определяемые типом используемого для программирования элемента.

Возможность построения конкретного устройства на стандартной программируемой микросхеме обеспечивается наличием в ней множества ключевых элементов двух типов:

• элементов типа разомкнутого ключа, сопротивление которых в исходном состоянии бесконечно велико. Примером такого элемента является антинрожигаемая перемычка antifuse), после про;

Рис. 12.1. Классификация устройств, но структурному признаку граммирования которой сопротивление перемычки становится близким к нулю;

• элементов типа замкнутого ключа или прожигаемой перемычки, сопротивление которых после программирования становится бесконечно большим, например ЛИПЗМОП-транзистор с двойным затвором.

Число программируемых элементов, включая триггерную память, может составлять десятки миллионов. Состояния элементов задают ту или иную конфигурацию схеме, формируемой на кристалле. Быстрый процесс оперативного программирования может производиться неограниченное число раз. В микросхемах с триггерной памятью конфигурация разрушается при каждом выключении питания. Поэтому каждый раз при включении питания происходит загрузка данных конфигурации из какой-либо энергонезависимой памяти. Этот процесс называется программированием (инициализацией, конфигурированием) микросхемы. Программирование микросхемы с триггерной памятью конфигурации производится путем записи кодовой последовательности в цепочку триггеров. Стирание информации не требуется. Несмотря на повышенную сложность запоминающего элемента и его энергозависимость, микросхемы с триггерной памятью конфигурации занимают важнейшее место в новых вариантах FPGA и CPLD.

Основные показатели программируемых устройств. Показатели предназначены для характеристики и сравнительной оценки различных программируемых устройств. К основным показателям относятся [ 60, 83]:

• • уровень интеграции, или логическая емкость, — оценивается числом эквивалентных вентилей (логических элементов, как правило, 2И-НЕ), размещенных на кристалле. Оценка уровня интеграции числом размещающихся на кристалле эталонных схем предложена консорциумом компаний PREP (programmable electronics performance corporation). В качестве эталонных схем выбраны регистры, дешифраторы и другие типовые функциональные узлы. Согласно методике PREP сначала определяется число эквивалентных вентилей для типовых узлов при заранее оговоренных условиях измерений, затем проводится усреднение данных по разным типовым узлам, после чего дается оценка уровня интеграции всего устройства (микросхемы). Методика PREP позволяет получить более или менее объективную оценку сложности программируемого устройства. Максимальный уровень интеграции определяется возможностями технологических процессов {топологическими нормами)',
• • кратность программирования, определяемая типом программируемых элементов (однократное, многократное с ограничением числа циклов, неограниченно многократное);

• • быстродействие, которое характеризуется системной частотой, представляющей собой максимально возможную частоту работы схемы в целом, или частотой счетчика, приблизительно вдвое превышающей системную частоту. Для многих микросхем приводятся параметры временных моделей (максимальное время распространения сигнала вход/выход, задержки по строке и столбцу глобальной матрицы соединений, установки и удержания данных регистров, задержки сигнала в выходном буфере и др.);
• • наличие или отсутствие областей встроенной памяти и ее емкость;
• • число логических блоков, макроячеек, логических элементов;
• • число программируемых пользователем выводов;
• • постоянство или непостоянство задержек сигналов в путях их передачи;
• • наличие или отсутствие интерфейса JTAG и программирования в системе ISP;
• • совместимость со стандартными интерфейсами;
• • уровни питающих напряжений и режимы пониженной мощности;
• • наличие средств засекречивания реализованного проекта и др.

Так как новые поколения программируемых интегральных схем изготовляются по все более совершенной технологии, набор их показателей может изменяться.