Yksinkertainen ohjelmoitava logiikkalaite - Simple programmable logic device

Yksinkertainen ohjelmoitava logiikka laite ( SPLD ) on ohjelmoitava logiikka laite monimutkaisuuden alle on monimutkainen ohjelmoitavalla loogisella laitteella (CPLD) .

Termi viittaa yleisesti laitteisiin, kuten ROM , PAL , PLA ja GAL .

Peruskuvaus

Yksinkertaiset ohjelmoitavat logiikkalaitteet (SPLD) ovat ohjelmoitavien logiikkalaitteiden yksinkertaisimmat, pienimmät ja halvimmat muodot. SPLD: tä voidaan käyttää taulukoissa korvaamaan tavalliset logiikkakomponentit (AND, OR ja NOT portit), kuten 7400-sarjan TTL.

Ne käsittävät tyypillisesti 4 - 22 täysin kytkettyä makrosolua. Nämä makrosolut koostuvat tyypillisesti jostain kombinatorisesta logiikasta (kuten JA TAI portit) ja flip-flopista. Toisin sanoen, jokaiseen makrosoluun voidaan rakentaa pieni Boolen logiikkayhtälö. Tämä yhtälö yhdistää joidenkin lukumäärän binaarituloja binaarilähdöksi ja tallentaa tarvittaessa tuotoksen flip-floppiin seuraavaan kellon reunaan. Tietenkin saatavissa olevien logiikkaporttien ja läppäkärkien yksityiskohdat ovat tietyt kullekin valmistajalle ja tuoteperheelle. Mutta yleinen idea on aina sama.

Useimmat SPLD: t käyttävät joko sulakeita tai haihtumattomia muistisoluja (EPROM, EEPROM, FLASH ja muut) toimintojen määrittelemiseen.

Nämä laitteet tunnetaan myös nimellä:

  • Ohjelmoitava ryhmälogiikka (PAL)
  • Yleinen ryhmälogiikka (GAL)
  • Ohjelmoitavat logiikkamatriisit (PLA)
  • Kenttäohjelmoitavat logiikkamatriisit (FPLA)
  • Ohjelmoitavat logiikkalaitteet (PLD)

edut

PLD: itä käytetään usein osoitteen dekoodaukseen, missä niillä on useita selviä etuja verrattuna korvaamiinsa 7400-sarjan TTL-osiin: Yksi siru vaatii vähemmän korttipinta-alaa, virtaa ja johdotusta kuin useat. Sirun sisällä oleva muotoilu on joustava, joten logiikan muutos ei edellytä levyn uudelleenkytkemistä. Pikemminkin yhden PLD: n korvaaminen toisella osalla, joka on ohjelmoitu uudella mallilla, voi muuttaa dekoodauslogiikkaa.

tehtävät

Ohjelmoitavat logiikkalaitteet (PLD) ovat digitaalisia laitteita, joissa on konfiguroitavissa oleva logiikka ja flip-flops, jotka on kytketty toisiinsa ohjelmoitavalla liitoksella. Loogiset laitteet tarjoavat erityisiä toimintoja, mukaan lukien:

  • Laitteiden väliset rajapinnat
  • Tietoliikenne
  • Signaalinkäsittely
  • Tietojen näyttö
  • Ajoitus
  • Ohjausoperaatiot
  • Lähes kaikki muut toiminnot, jotka järjestelmän on suoritettava

Muistisolut ohjaavat ja määrittelevät logiikan suorittaman toiminnan ja kuinka eri logiikkatoiminnot on kytketty toisiinsa.

Kiinteä vs. ohjelmoitava

Loogiset laitteet voidaan jakaa kahteen laajaan luokkaan - kiinteisiin ja ohjelmoitaviin.

Kiinteät logiikkalaitteet:

Kuten nimestä voi päätellä, kiinteän logiikkalaitteen piirit ovat pysyviä, ne suorittavat yhden toiminnon tai toimintojoukon - valmistettuaan niitä ei voida muuttaa.

Kiinteillä logiikkalaitteilla suunnittelusta prototyyppiin ja lopulliseen valmistusajoon siirtyminen voi viedä useista kuukauksista yli vuoteen laitteen monimutkaisuudesta riippuen. Ja jos laite ei toimi kunnolla tai jos vaatimukset muuttuvat, on kehitettävä uusi malli.

Ohjelmoitavat logiikkalaitteet:

Toisaalta, ohjelmoitavat logiikkalaitteet (PLD) ovat vakiona toimitettuja osia, jotka tarjoavat asiakkaille laajan valikoiman logiikkakapasiteettia, ominaisuuksia, nopeutta ja jänniteominaisuuksia - ja näitä laitteita voidaan muuttaa milloin tahansa suorittaaksesi minkä tahansa toimintojen lukumäärä.

Ohjelmoitavien logiikkalaitteiden avulla suunnittelijat käyttävät edullisia ohjelmistotyökaluja suunnittelun nopeasti kehittämiseen, simulointiin ja testaamiseen. Sitten malli voidaan nopeasti ohjelmoida laitteeksi ja testata heti jännitteisessä piirissä. Tässä prototyypissä käytetty PLD on täsmälleen sama PLD, jota käytetään kappaleen lopputuotannossa, kuten verkkoreititin, DSL-modeemi, DVD-soitin tai autonavigointijärjestelmä . NRE-kustannuksia ei ole ja lopullinen suunnittelu valmistuu paljon nopeammin kuin mukautetulla kiinteällä logiikkalaitteella.

Toinen tärkeä etu PLD: n käytöstä on se, että suunnitteluvaiheen aikana asiakkaat voivat muuttaa piiriä niin usein kuin haluavat, kunnes suunnittelu toimii heidän tyytyväisyytensä mukaan. Tämä johtuu siitä, että PLD: t perustuvat uudelleen kirjoitettavaan muistitekniikkaan - muuttaaksesi mallia yksinkertaisesti ohjelmoi laite uudelleen. Kun suunnittelu on lopullinen, asiakkaat voivat siirtyä välittömään tuotantoon ohjelmoimalla yksinkertaisesti niin monta PLD: tä kuin tarvitset lopulliseen ohjelmistosuunnittelutiedostoon.

Yleensä PLD: t voidaan kuvata yhdeksi kolmesta eri tyypistä: 

* Simple Programmable Logic Devices (SPLDs)
* Complex Programmable Logic Devices (CPLDs)
* Field Programmable Gate Arrays (FPGAs)

Arkkitehtuuri

On olemassa useita valmistajia, joilla on useita erilaisia ​​PLD-laitteiden perheitä, joten arkkitehtuurissa on monia muunnelmia. Kaksi päätyyppiä ohjelmoitavia logiikkalaitteita ovat kenttäohjelmoitavat porttiryhmät (FPGA) ja monimutkaiset ohjelmoitavat logiikkalaitteet (CPLD). Ero näiden kahden välillä on usein hieman epäselvä, kun valmistajat suunnittelevat uusia, parannettuja arkkitehtuureja ja lietsovat usein vesiä markkinointitarkoituksiin. Yhdessä CPLD: iin ja FPGA: een viitataan usein suuren kapasiteetin ohjelmoitavina logiikkalaitteina (HCPLD).

PLD-laitteiden ohjelmointitekniikat perustuvat tosiasiallisesti erityyppisiin puolijohdemuistoihin. Koska uudentyyppisiä muistoja on kehitetty, samaa tekniikkaa on sovellettu uuden tyyppisten PLD-laitteiden luomiseen. Käytettävissä olevien loogisten resurssien määrä on tärkein erottava piirre SPLD: n ja HCPLD: n välillä.

Nykyään SPLD: t ovat laitteita, jotka sisältävät tyypillisesti 600 tai vähemmän portteja, kun taas HCPLD: llä on tuhansia ja satoja tuhansia portteja. Kahden tyyppisistä HCPLD-laitteista FPGA-laitteet tarjoavat suurimman määrän logiikkatiheyttä, eniten ominaisuuksia ja parhaan suorituskyvyn.

FPGA-laitteita käytetään monenlaisissa sovelluksissa tietojenkäsittelystä ja tallennuksesta instrumentteihin, tietoliikenteeseen ja digitaaliseen signaalinkäsittelyyn.

CPLD: t sen sijaan tarjoavat paljon pienempiä määriä logiikkaa - jopa noin 10 000 porttia. Mutta CPLD: t tarjoavat erittäin ennustettavia ajoitusominaisuuksia ja ovat siksi ihanteellisia kriittisiin ohjaussovelluksiin. Jotkut CPLD-tiedostot vaativat erittäin vähän virtaa ja ovat erittäin edullisia, joten ne ovat ihanteellisia kustannusherkille, akkukäyttöisille, kannettaville sovelluksille, kuten matkapuhelimille ja digitaalisille kädessä pidettäville avustajille.

Viitteet

Ferdjallah, Mohammed (2011). "1.7 Yksinkertaiset ohjelmoitavat logiikkalaitteet". Johdatus digitaalisiin järjestelmiin: mallinnus, synteesi ja simulointi VHDL: n avulla . Safari-kirjat verkossa . John Wiley & Sons. ISBN  9780470900550 .