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Programmation des CPLD et FPGA avec Quartus II ENSET d'Oran / IUFM Aix Marseille - mai 2009 - 1 Composants à réseaux logiques programmables

Composants à réseaux logiques programmables

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Composants à réseaux logiques programmables. Classification des circuits numériques. Dénominations. PLD (Programmable Logic Device) CPLD (Complex Programmable Logic Device)  FPGA (Field Programmable Gate Array). Evolution technologique. - densité d'intégration: - PowerPoint PPT Presentation

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Composants à réseaux logiques programmables

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Classification des circuits numériques

circuits logiquesstandards

74HC.....

microprocesseursmicrocontroleurs

PLD, CPLD,FPGA

Asic pré-diffusésAsic pré-caractérisés

Asic full custom

circuits àfonctionnementprogrammable

circuits àarchitecture

programmable etfaible temps dedéveloppement

circuits à temps dedéveloppement

important

Circuitsnumériques

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Dénominations

- PLD (Programmable Logic Device) 

- CPLD (Complex Programmable Logic Device) 

- FPGA (Field Programmable Gate Array)

 

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Evolution technologique

- densité d'intégration: - 20 000 portes en 1985 4 000 000 en 2000.

- vitesse de fonctionnement :– 40 MHz en 1991 500 MHz en 2007.

- taille d'un transistor : - 1,2 µm en 91 65 nm en 2007.

- tension d'alimentation :- 5 V à 1,8 V.

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Codage d’une fonction combinatoire

• PLA (sommes de produits) ;

• LUT (mémoire) ;

• Multiplexeur.

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PLA (Programmable Logic Array)IIII

matrice OUprogrammable

matrice ETprogrammable

123 0O O O O

23 01

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PLA (Programmable Logic Array)

I0 1I I0 1

ET

I

S

cc

ETS

V

ETS

ETS

1

0

O0 O0

ETS

1

ETS

0

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LUT (Lock Up Table –mémoire-)IIII

matrice OUprogrammable

matrice ETfixée

23 0

123 0O O O O

liaison

1

fusibleintact

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Multiplexeur

Sentrées deprogrammationde la fonction

1E E0

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Technologie d’interconnexions

• Densité d’intégration ;

• Rapidité de fonctionnement (Ron, Cp) ;

• Facilité de mise en œuvre ;

• Rétention de l’information.

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Connexions non reprogrammables (OTP)

• Cellules à fusibles ;– Obsolètes

• Cellules à anti-fusibles ;– Rapidité ;– Densité d’intégration ;– Résistances aux radiations ;– Protection.

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Connexions reprogrammables

• Cellules EEPROM : – 5 transistors par cellule ;– Écriture sélective.

• Cellules flash EPROM :– 1 transistor par cellule ;– Écriture par blocs.

• Cellules SRAM :– Bénéficie de l’avancée technologique des mémoires ;– Volatile.

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Programmation sur site (ISP)

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Types de circuits

• PLD (Programmable Logic Device) ;

• CPLD (Complex Programmable Logic Device) ;

• FPGA (Field Programmable Logic Array).

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PLD

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Exemple de PLD

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Exemple de PLD

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CPLD ( MAX 7000)

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CPLD ( MAX7000 )

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Structure des FPGA

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Connexions dans un FPGA

BA

BL

BD

BH

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Exemple de FPGA (Actel 54SX)

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Exemple de FPGA (Actel 54SX)

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Comparaisons

circuits MSI (à titre de

comparaison)

PLD (à titre de

comparaison)

CPLD FPGA

nombre de portes (ordre de grandeur)

100 150 40 000 5 000 000

vitesse de fonctionnement (ordre

de grandeur)

100 MHz 200 MHz 280 MHz 500 MHz

technologie de connexion

MOS à grille flottante

MOS à grille flottante

SRAM et antifusible

codage des fonctions PLA PLA et LUT LUT et MUX

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Développement d’un projet

descriptiontextuelle ougraphique

compilation,vérification

simulationfonctionnelle(facultative)

placement, routage,simulation temporelle

programmation

vérification

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Développement d’un projet

Propriété intellectuelle (4 à 5 par projet) :– IP Soft ;– IP Hard.

• Système sur puce (SoC ou SoPC ou SPoC)

• Protection contre le clonage.

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Constructeurs

• Altera

• Xilinx

• Actel

• Atmel

• Quicklogic

• Lattice

• Cypress

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Les ASIC (Application Specific Integrated Circuit)

• Prédiffusés (gate array) :– nébuleuse de transistors.

• Précaractérisés (standard cell) :– Bibliothèques de cellules

• Full Customs.

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Exemple de CPLD/FPGA : la famille FLEX10K

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Exemple de CPLD/FPGA : la famille FLEX10K

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Exemple de CPLD/FPGA : la famille FLEX10K

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Exemple de CPLD/FPGA : la famille FLEX10K

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Exemple de FPGA : la famille Excalibur (RISC 32 bits ARM922T)