Микропроцессорные системы - Александров Е.К.
ISBN 5-7325-0516-4
Скачать (прямая ссылка):
программирования, и все процессы в схемах обеспечиваются с помощью
внутренних средств от единого источника внешнего питания.
Наличие режимов различного энергопотребления. При работе того или иного
блока для поддержания его быстродействия требуются определенные затраты
энергии (для быстрых переключений требуется быстрый перезаряд неизбежно
существующих паразитных емкостей, т. е. нужны большие токи,
обеспечивающие требуемые длительности переходных процессов). При
отсутствии переключений в той или иной схеме можно резко снизить ее
энергопотребление, так как для сохранения неизменного логического
состояния достаточны микротоки. Кроме двух указанных режимов можно
создавать и ряд промежуточных, что широко используется в микросхемах
программируемой логики. Активные режимы могут программироваться в разных
вариантах (максимального быстродействия и номинального быстродействия с
меньшей потребляемой мощностью). Пассивные режи-
782
FPGA - ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕМ ВЕНТЕЛЬНЫЕ МАТРИЦЫ
мы также часто имеют несколько подрежимов (покоя, когда схема не
переключается, но готова к быстрому вхождению в рабочий режим, глубокого
понижения мощности, когда потребление энергии чрезвычайно мало, но
переход в активный режим занимает относительно большое время, и т. д.).
Интересно отметить, что с помощью несложных логических элементов схемы
могут автоматически переходить из одного режима в другой, выявляя факт
изменения информационных сигналов и реагируя на него увеличением рабочих
токов.
В число программируемых величин может входить так называемый Turbo bit,
задающий один из двух режимов, различающихся по соотношению
скорость/мощность.
Наличие или отсутствие в микросхеме средств поддержки интерфейса JTAG.
Первоначальные версии этого интерфейса обеспечивали тестирование систем
методом периферийного (граничного) сканирования, более поздние
расширенные версии, ориентированные на микросхемы программируемой логики,
позволяют через интерфейс JTAG конфигурировать схемы с триггерной
памятью, для чего требуется лишь загрузка в память конфигурации
загрузочного файла.
Свойство программируемости в системе. Схемы, обладающие этим свойством,
называются In-System Programmable (ISP). Свойство ISP могут иметь
микросхемы с триггерной памятью конфигурации (заметим, что термин
"программируемость" появился в этом абзаце в связи с его наличием в
английском термине ISP, по существу же он означает то же самое, что и
термин "конфигурируемость"). Поскольку триггерная память теряет свое
содержимое при выключении питания, схемы типа SRAM-based программируются
при каждом включении питания. Свойство ISP означает, что реконфигурацию
можно производить без изъятия микросхемы из системы, перезагружая файл
конфигурации, что возможно и во время функционирования системы. Такая
возможность позволяет строить системы с многофункциональным
использованием одних и тех же программируемых микросхем в качестве разных
блоков системы, если эти блоки не используются одновременно, а также и
другие варианты адаптивных систем.
Наличие средств защиты от считывания данных конфигурации. Такие средства
имеют разную степень защиты. В простейшем случае предусматривается бит
защиты или несколько таких битов.
Программирование крутизны фронтов. Известно, что одной из острых проблем
при реализации цифровых устройств и систем является борьба с помехами, в
том числе создаваемыми самими схемами этих устройств и систем. С целью
снижения уровня возникающих импульсных помех для мощных буферов, прежде
всего тех, которые формируют выходные сигналы кристалла, вводится
программирование крутизны фронтов. Бит SLC (Slew Rate Control) задает
режимы крутых или пологих фронтов. Рекомендуется везде, где допустимо,
устанавливать режим пологих фронтов, создающий гораздо меньшие помехи. В
критичных для быстродействия цепях с целью повышения производительности
системы используются режимы крутых фронтов (т. е. быстрых переключений).
7.4. FPGA - ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕМ
ВЕНТИЛЬНЫЕ МАТРИЦЫ >
7.4.1. АРХИТЕКТУРА И БЛОКИ FPGA
Программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGAnnn ППВМ)
топологически сходны с канальными БМК. Их основой служит матрица
регулярно расположенных по строкам и столбцам идентичных конфигурируемых
логических блоков. Между строками и столбцами логических блоков проходят
трассировочные каналы, содержащие ре-
783
ПРОГРАММИРУЕМАЯ ЛОГИКА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ
сурсы межсоединений. При программировании логические блоки настраиваются
на требуемые операции преобразования данных, а трассировочные ресурсы -
на обеспечение нужных взаимных соединений логических блоков. В результате
во внутренней области FPGA реализуется функциональная схема
проектируемого устройства. В периферийной области кристалла, по его
краям, размещены блоки ввода/вывода, обеспечивающие интерфейс FPGA с
другими микросхемами, причем в современных FPGA схемы ввода/ вывода
