Les circuits logiques programmables
1) INTRODUCTION
Les circuits logiques programmables ont fait leur apparition au dbut des annes 80.
2) TERMINOLOGIE
Abrviations couramment utilises:
EPLD: Erasable Programmable Logic Device
FPGA: Field Programmable Gate Array
GAL: Generic Array Logic
LCA: logic Cell Array
MACH: Macro Array Cmos High density
PAL: Programmable Array Logic
PLD: Programmable Logic Device
PGA: Programmable Gate Array
CPLD: Complex Programmable Logic Device
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3) Quelques fabricants
Haut niveau d intgration:
Altera
Xilinx
Actel
Atmel
...
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4) TECHNOLOGIES
Selon les fabricants on trouve des circuits:
- OTP (One Time Programmable) constitus de matrices fusibles (ou anti-
fusibles). (trs peu utiliss aujourdhui!)
- Effaables aux U.V. (type EPROM). (quasiment plus utiliss!)
- Effaables lectriquement (EEPROM).
- Programmables par RAMs statiques. (les plus utiliss: faible consommation)
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5) PRINCIPE DE PROGRAMMATION (fusibles)
e1
+V
/((/e1.e3)+e2)
e2 e3
Fusibles intacts
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5) PRINCIPE DE PROGRAMMATION (transistors MOS grille flottante)
+V
/((/e1.e3)+e2)
Ve e1 e2 e3
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5) PRINCIPE DE PROGRAMMATION (Mmoire SRAM)
+V
/((/e1.e3)+e2)
e1 e2 e3
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5) Evolution principe de programmation (SRAM + multiplexeur ou LUT)
8 cellules SRAM
3 entres logiques
Bloc de LUT 4 entres
S = f (A,B,C)
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6) Circuits SSI: MMI PAL 16R8 ARCHITECTURE
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APPLICATION: Le dcodage d adresses.
PAL
16L8
[A15A0]
/VPA (priphrique
adresse =8F04)
Equation:
/VPA=A15*/A14*/A13*/A12*A11*A10*A9*A8*/A7*/A6*/A5*/A4*/A3*A2*/A1*/A0
Brochage:
pin 1:A15
pin 2:A14
pin 3:A13
pin 4:A12
pin 5:A11
pin 6:A10
pin 7:A9
pin 8:A8
pin 9:A7
pin 11:A6
pin12:/VPA
pin 13:A5
pin 14:A4
pin 15:A3
pin 16:A2
pin 17:A1
pin 18:A0
=> Gain de temps de propagation
decodeur_ad
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APPLICATION: Le dcodage d adresses.
Equation:
/VPA=A15*/A14*/A13*/A12*A11*A10*A9*A8*/A7*/A6*/A5*/A4*/A3*A2*/A1*/A0
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7) Circuits LSI: ALTERA srie 5000 ARCHITECTURE
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7) Circuits LSI: ALTERA srie 5000
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7) Circuits LSI: ALTERA srie 10k
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7) Circuits LSI: XILINX famille 3000 : Macro-cellule type
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7) Circuits LSI: XILINX famille 3000 Routage des macro-cellules
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7) Circuits LSI: XILINX famille 4000 Bloc E/S
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7) Circuits LSI: XILINX famille 4000 Structure interne
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7) Circuits LSI: XILINX famille 4000 Configuration
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8) Du grain fin au grain pais
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8) Circuits VLSI: ALTERA srie Excalibur Architecture ARM
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8) Circuits VLSI: ALTERA srie Stratix Architecture DSP
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8) Circuits VLSI: ALTERA (sries Stratix, Cyclone, )
Intgration de:
- PLL
- Curs de processeurs
- Multiplieurs accumulateurs
- Blocs IP (FFT, USB2, curs de processeurs sous forme IP, )
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8) Circuits VLSI: ALTERA srie Stratix Configuration des sorties
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9) Evolution des tensions d alimentation et des technologies
A ce jour: plus de quatre millions de portes !!!
Tensions d alimentation: 5V pour les premires gnrations 3.3V, 2.5V puis 1.8V , 1.5V et
1.2V (0.13m). Aujourdhui: 40nm puis 28nm !!
Les circuits de dernire gnration (exemple: familles APEX, STRATIX d ALTERA) sont dits MULTI-
I/O et peuvent tre interconnects avec des familles de technologies diffrentes.
LVTTL: Low Voltage TTL
LVCMOS: Low Voltage CMOS
GTL+: Gunning transceiver logic
SSTL: Stub Series Terminated Logic
CTT: center Tap Terminated
AGP: Advanced Graphic Port
HSTL: high Speed Transceiver Logic
LVDS: low Voltage differential Signal
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10) Botiers
PGA 280 pins BGA 1548 pins (40mm)
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10) Botiers:
240 PQFP
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AVANTAGES DES CIRCUITS PROGRAMMABLES.
- LA COMPACITE
- LA CONSOMMATION
- LES TEMPS DE PROPAGATION
- LA SIMPLIFICATION DE L ETUDE DU CI
- LA SIMPLIFICATION DE LA FABRICATION DU CI
- LA SIMPLIFICATION DU CBLAGE
- LA REDUCTION DES STOCKS
- LA REDUCTION DU TEMPS DE DEVELOPPEMENT (Time to Market)
- COT GRANDE SERIE (botiers OTP)
- LA CONFIDENTIALITE
- L EVOLUTIVITE
- LA RECONFIGURABILITE
- LA TESTABILITE (interface JTAG)
- LA CEM
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11) Les outils de synthse.
- Equations logiques
- Tables de vrit
- Machines tat
- Schmas (symboles graphiques)
- Langages (VHDL, AHDL, VERILOG, SystemC, )
VHDL: STANDARD reconnu par l IEEE
norme IEEE-1076 (1987)
et IEEE-1164 (1993)
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12) Les tendances.
- Apparition de compilateurs C => VHDL voire SystemC => VHDL
TRITON (Poseidon Design Systems)
GAUT (LESTER Universit de Bretagne Sud)
CATAPULT C (Mentor Graphics)
IMPULSE C (Impulse Accelerated Technologies)
PICO (Symphora) UGH (Tima/Lip6)
DK design suite (Celoxica)
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12) Les tendances.
- Conception niveau Systme:
- DSP Builder (Altera) -Synplify DSP (Synplicity) - XN Generator - Simulink HDL
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12) Les tendances. - Conception niveau Systme:
