WYKŁAD 3. Układy PLD

Rodzina układów PLD

Programmable Logic Devices

SPLD CPLD FPGA

WYKŁAD 3. Układy FPGA: obszary zastosowań

Field Programmable Gate Array

Komputery

serwery

jednostki wspomagające obliczenia

sterowanie strumieniem danych

grafika

Przemysł

algorytmy sterowania

sieci komunikacyjne

układy IO, peryferia

Komunikacja bezprzewodowa

wi-fi

struktury komunikacji 3G

…

Praktycznie układy FPGA

występują w każdej dziedzinie

elektroniki

WYKŁAD 3. Układy FPGA

Field Programmable Gate Array

Programowalny układ logiczny jest układem

półprzewodnikowym o programowalnej strukturze

wewnętrznej

producent

rodzina

typ

„3” trzecia edycja

„5” pięć tysięcy elementów logicznych

WYKŁAD 3. Układy FPGA: przykład systemu oznaczeń

WYKŁAD 3. Struktura wewnętrzna FPGA

FPGA zawierają rozmieszczone matrycowo różne bloki logiczne

Poszczególne bloki są łączone ze sobą za pośrednictwem linii traktów

połączeniowych oraz programowalnych matryc kluczy połączeniowych

umieszczonych w miejscu krzyżowania się traktów poziomych i pionowych

WYKŁAD 3. Struktura wewnętrzna FPGA: Logic Array Block

tu kodujemy funkcjonalność

WYKŁAD 3. Struktura wewnętrzna FPGA: matryca połączeń

tu znajduje się LAB

WYKŁAD 3. Główne parametry

pamięcifunkcje DSPprocesory

mnożarkicyfrowe przetwarzanie sygnałów

układy czasowo licznikowetransmisja

WYKŁAD 3. Układy FPGA: bloki pamięciowe

W zależności od wizji projektanta bloki pamięciowe mogą

posiadać różną funkcjonalność

Przykład układu EP3C5

(a) posiada 46 bloków M9K, łącznie 423936 bitów czyli 52kB

(b) Projektant ma możliwość wykorzystania tej struktury jako

- Pamięć jednoportowa ram

- Pamięć dwuportowa ram

- Pamięć stała rom

- Pamięć FIFO

- Rejestr przesuwny

(c) jeśli jest taka potrzeba może wstępnie wypełnić dowolny obszar

pamięci

(d) szyny adresowe i danych pamięci dwuportowych mogą być

niezależne

(e) Do diagnostyki struktur pamięciowych można wykorzystać

narzędzie środowiska QUARTUS – „In system memory contrent

editor”

(f) Konfiguracje rozmiaru pamięci: od 8192x1 do 256x36

WYKŁAD 3. Układy FPGA: Sygnały kontrolne pamięci

WYKŁAD 3. Układy FPGA: Pamięć jednoportowa a dwuportowa

WYKŁAD 3. Układy FPGA: rejestr przesuwny

WYKŁAD 3. Układy FPGA: przykłady wykorzystania pamięci

Pamięć jednoportowa

- pamięć próbek

- pamięci podręczne procesorów

- tablice stałych

- generatory przebiegu

- automaty

Pamięć dwuportowa

- wymiana danych między systemami o różnych

prędkościach

- jednostki przetwarzania informacji

Rejestry przesuwne

- pamięci FIFO

- implementacje stosu

- akwizycja danych bez jawnego adresowania

- filtry cyfrowe

WYKŁAD 3. Mnożarki

Mnożarka dla danych typu floating-point

IEEE754

Mnożarka dla danych typu

BYTE

ogólna struktura

WYKŁAD 3. DLACZEGO FPGA

1. W przypadku zmian koncepcyjnych, poprawek wymianie

podlega struktura a nie płytka czy układ scalony

2. Jeden układ FPGA zajmuje zdecydowanie mniej przestrzeni niż

kilkanaście standardowych układów wykonawczych co wpływa

na redukcję kosztów

3. Testowanie układów czy finalnych rozwiązań jest wspomagane

przez środowisko projektowe QUARTUS

4. Można tworzyć własne niepowtarzalne struktury cyfrowe pod

względem budowy i funkcjonalności, co wpływa na skrócenie

czasu między pomysłem a sprzedażą

Dlaczego nie stosować

procesorów ?

WYKŁAD 3. DLACZEGO FPGA

Procesory działają

sekwencyjnie a

układy FPGA mogą działać

równolegle

Struktura procesorów jest

niezmienna

w układach FPGA tę

strukturę można zmieniać

1

2