В последние годы программируемые логические устройства (PLD) почти заменили логические устройства специального назначения, такие как счетчики, мультиплексоры, и т. д. PLD — чип, который может быть запрограммирован один или несколько раз для выполнения множества логических функций. Разница между аппаратным и программным обеспечением за последнее время постепенно стерлась. Теперь инженеры создают основную часть цифровой схемы на таких языках программирования, как VHDL и Verilog. Эта статья поможет вам разобраться в программируемой логике.
Основная цель для использования программируемой логики — сократить общие расходы. Это происходит благодаря нескольким причинам. Одним из важнейших преимуществ разработки с помощью PLD является то, что она происходит гораздо быстрее, это уменьшает время, требуемое для вывода продукта на рынок. Программируемые устройства также позволяют снизить риски, связанные с разработкой продукта так как они позволяют произвести изменения в последнюю минуту, часто без необходимости полной модернизации платы плат. Так как ПЛИС часто заменяет сразу несколько других устройств специального назначения, конструкция, как правило, имеет меньше компонентов. Это снижает размер печатной платы, монтаж, испытания и затраты на ремонт. Использование ПЛИС также требует меньшего количества деталей, находящихся на складе, что снижает затраты на хранение. Так как большинство логики интегрировано в каждый чип количество межсоединений значительно уменьшается, что увеличивает надежность продукта.
Конечно, в каждой технологии кроме преимуществ есть недостатки. Проектирование с применением ПЛИС требует дополнительных аппаратных и программных средств разработки, которые часто очень дорогие. Может потребоваться обучение персонала для освоения новых инструментов разработки. К тому же, компоненты должны быть запрограммированы до того, как они будут собраны в конечный продукт. Несмотря на эти недостатки программируемая логика обычно имеет экономические преимущества, за исключением очень простых (задвижки, некоторые декодеры) очень сложных (центральный процессор) или очень быстрых цепей (контроллер DRAM).По сравнению с ASICs (стандартная схема или логическая матрица) PLD предлагает пониженные затраты на разовые расходы на проектирование и внедрение в производство (Non-Recurring Engineering cost) — ноль против десятков тысяч долларов, быстрый (1 час против нескольких недель) полный цикл разработки, более низкий риск и более простые средства проектирования. С другой стороны, ASICs работают при более высоких скоростях и менее затратные в больших объемах (как правило, несколько тысяч партий).
CPLD — сложные программируемые логические устройства. Для большинства практических целей CPLD могут считаться как несколько PLD устройств (и некоторые программируемые межсоединения) в одном чипе. Больший размер CPLD позволяет внедрить больше логических уравнений или более сложный дизайн. В отличие от программируемых межсоединений внутри PLD, матричный коммутатор в CPLD может или не может быть полностью соединен. Другими словами, некоторые из теоретически возможных соединений между логическим блоком входов и выходов фактически может не поддерживается в данном CPLD. Эффект этого состоит в том, чтобы сделать 100 %-е использование макроячеек трудно осуществимым. Некоторые аппаратные проекты просто не будет вписываться в данной CPLD. Некоторые аппаратные проекты попросту не будут соответствовать данному CPLDдаже при том что есть достаточно логических вентилей и триггеров. Поскольку CPLD может вмещать большие проекты чем PLD, их потенциальное использование гораздо шире. Они все еще используются для простых приложений вроде дешифровки адреса, но чаще содержат высокоэффективные логические устройства или сложные автоматы.
FPGA — программируемая пользователем матрица вентилей (ППМВ). FPGA может быть использована для внедрения в практически любой аппаратный проект. Обычно используется для еще более сложных устройств с гибкой архитектурой. Главное преимущество ППМВ заключается в том, что изменить ее можно в любой момент в процессе эксплуатации. Она состоит из нескольких конфигурируемых модулей. В цифровой схеме они реализуют двоичные операции OR, AND, XOR, NAND и т. д.
ППМВ идеальны для проектов, требующих большое количество логики, т. к. возможно объединений нескольких регистров хранения, арифметических и логических схем, контроллеров и т. д. на одном устройстве. Одно из недостатков FPGA — относительно большие задержки распространения. Эти задержка тяжело предсказать до завершения проектирования схемы. Это связано с необходимостью маршрутизации сигналов через несколько уровней логики и взаимосвязи блоки. Другой недостаток –дорогое (3000$ и более) и медленное программное обеспечение.
Литература:
1. Стрельцов Н. А. SDR-трансиверы и их применение / Н. А. Стрельцов, Н. В. Горячев, В. А. Трусов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 281–282.
2. Воробьев Д. В. Применение унифицированных электронных модулей при создании генератора гармонических колебаний / Д. В. Воробьев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2014. — № 20. — С. 114–117.
3. Бростилов С. А. Метрологический анализ измерительной подсистемы информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения / С.А Бростилов, Н. В. Горячев, Т. Ю. Бростилова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 127–129.
4. Горячев Н. В. Тепловая модель учебной системы охлаждения / Н. В. Горячев, Д. Л. Петрянин // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2014. № 2. С. 197–209.
5. Белов А. Г. Обзор современных датчиков утечки воды / А. Г. Белов, Н. В. Горячев, В. А. Трусов, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 34–36.
6. Горячев Н. В. К вопросу выбора вычислительного ядра лабораторного стенда автоматизированного лабораторного практикума / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2009. № 10. С. 128–130.
7. Петрянин Д. Л. Анализ систем защиты информации в базах данных / Д. Л. Петрянин, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 115–122.
8. Горячев Н. В. Проектирование топологии односторонних печатных плат, содержащих проволочные или интегральные перемычки / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 122–124.
9. Меркульев А. Ю. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А. Ю. Меркульев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2013. — № 11. — С. 143–145.
10. Горячев Н. В. Концептуальная структура СППР в области выбора теплоотвода электрорадиоэлемента / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 241–241.
11. Горячев Н. В. Уточнение тепловой модели сменного блока исследуемого объекта / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 169–171.
12. Подложенов К. А. Разработка энергосберегающих технологий для теплиц / К. А. Подложёнов, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 193–194.
13. Grab I. D., Sivagina U. A., Goryachev N. V., Yurkov N. K. Research methods of cooling systems. Innovative Information Technologies: Materials of the International scientific — рractical conference. Part 2. –M.: HSE, 2014, 443–446 pp.
14. Горячев Н. В. Концептуальная схема разработки систем охлаждения радиоэлементов в интегрированной среде проектирования электроники / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Проектирование и технология электронных средств. 2009. № 2. С. 66–70.
15. Горячев Н. В. Тепловая модель сменного блока исследуемого объекта / Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 263–263.
16. Шуваев П. В. Формирование структуры сложных многослойных печатных плат / П. В. Шуваев, В. А. Трусов, В. Я. Баннов, И. И. Кочегаров, В. Ф. Селиванов, Н. В. Горячев // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 364–373.
17. Горячев Н. В. Индикатор обрыва предохранителя как элемент первичной диагностики отказов РЭА / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 78–79.
18. Трифоненко И. М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И. М. Трифоненко, Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396–399.
19. Горячев Н. В. К вопросу реализации метода автоматизированного выбора системы охлаждения / Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Алгоритмы, методы и системы обработки данных. 2013. № 3 (25). С. 16–20.
20. Сивагина Ю. А. Разработка ретранслятора радиосигналов и его компьютерной модели / Ю. А. Сивагина, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков, И. Д. Граб, В. Я. Баннов // Современные информационные технологии. 2013. № 17. С. 207–213.
21. Горячев Н. В. Исследование и разработка средств и методик анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Горячев Н. В., Танатов М. К., Юрков Н. К. // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 3. С. 70–75.
