Микропроцессорные системы - Александров Е.К.
ISBN 5-7325-0516-4
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 7.26. Схемы реализации функций многих переменных
Возможности обоих вариантов определяются возможностями декомпозиции
воспроизводимых функций.
Встроенные конфигурируемые блоки памяти ЕАВ с общей емкостью от 6 до 20
Кбит у разных представителей семейства расположены в центре каждой строки
матрицы логических блоков. В каждом блоке имеется 2К программируемых
битов памяти. Блок может быть как запоминающим устройством, так и
функциональным преобразователем табличного типа для получения сложных
функций.
Не рассматривая подробно глобальную систему коммутации и работу элементов
ввода/вывода, заметим, что в них много сходства с работой схем
аналогичного назначения, рассмотренных ранее.
7.7. СБИС ПРОГРАММИРУЕМОЙ ЛОГИКИ ТИПА "СИСТЕМА НА КРИСТАЛЛЕ"
7.7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Кристаллы современных СБИС ПЛ максимальной сложности содержат миллионы
эквивалентных вентилей, а их рабочие частоты достигли сотен мегагерц. На
таких кристаллах можно разместить целую систему со всеми ее характерными
частями - процессором, памятью, интерфейсными схемами, обеспечив при этом
высокую ее производительность. Подобные кристаллы относят к классу
"система на кристалле" (в английской терминологии SOC, System On Chip или
SOPC, System On Programmable Chip).
Стратегическая значимость решения задачи создания законченных систем на
одном кристалле очевидна и вытекает из известных закономерностей
зависимости качества цифровой аппаратуры от уровня интеграции ее
элементной базы.
799
ПРОГРАММИРУЕМАЯ ЛОГИКА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ
Реализация заказных систем на одном кристалле практически недоступна для
подавляющего большинства пользователей по экономическим соображениям.
СБИС программируемой логики позволяют ставить задачу создания систем на
одном кристалле как задачу сегодняшнего дня. Соответствующие средства уже
появились в составе продукции ряда фирм.
СБИС типа "система на кристалле" можно разделить на две разновидности.
Первая разновидность реализуется схемами просто настолько "большими", что
на них можно сконфигурировать целую систему, причем ее части (процессор,
память, интерфейсные схемы и другие блоки) реализуются как мегафункции
библиотеки кристалла или проектируются разработчиком и реализуются, в
сущности, идентичными аппаратными средствами кристалла благодаря их
программируемости. Такие СБИС ПЛ в английской терминологии иногда
обозначают термином "generic".
Вторая разновидность - СБИС ПЛ блочного типа, в которых на кристалле
выделяют специализированные области, предназначенные для выполнения
определенных функций - аппаратные ядра (hardcores). Поскольку системы
самого разного назначения в качестве составных частей имеют типовые
модули, вопрос о целесообразности применения блочных структур СБИС ПЛ
возник вполне закономерно.
Введение специализированных аппаратных ядер, имея ряд позитивных
следствий, может в то же время сузить круг потребителей СБИС ПЛ,
поскольку в сравнении со схемами типа "generic" схемы с аппаратными
ядрами имеют меньшую универсальность.
Реализация сложных функций специализированными аппаратными ядрами по
площади кристалла и достижимому быстродействию значительно эффективнее в
сравнении с реализациями на конфигурируемых логических блоках общего
назначения. Например, для умножителя 8x8, построенного по
модифицированному алгоритму Бута методом заказного проектирования,
потребовалась площадь кристалла в пять раз меньшая, чем для такого же
умножителя, реализованного на реконфигурируемых логических блоках FPGA.
Заметно выше было и быстродействие умножителя, реализованного в виде
специализированной схемы.
Таким образом, введение специализированных аппаратных ядер в СБИС ПЛ -
процесс, противоречивый по результатам. Он улучшает параметры схем,
воспроизводящих сложные функции, но может и сузить рынок сбыта СБИС ПЛ,
что, как известно, ведет к росту цен и потере в той или иной мере
конкурентоспособности продукции. В связи с этим к выбору применяемых
аппаратных ядер следует относиться с большой осторожностью. Наиболее
бесспорным решением является применение аппаратных ядер памяти, так как
блоки памяти нужны почти для всех систем, причем для многих в большом
объеме. Для эффективного использования таких ядер целесообразно применять
не слишком крупные блоки, обеспечивать возможность иметь асинхронный и
синхронный режимы работы, организовывать буферы FIFO и двухпортовую
память. В среднем блок памяти с заказным проектированием емкостью 256-512
бит может быть реализован на площади, приблизительно равной 1/10 от той,
которая затрачивается на подобный блок, составленный из распределенных на
кристалле ячеек памяти конфигурации. Времена доступа также уменьшаются (в
1,5-4 раза).
Области памяти - первые по времени освоения и самые важные аппаратные
ядра блочных СБИС ПЛ типа "система на кристалле".
Других хорошо обоснованных аппаратных ядер не так уж много. Среди них
можно назвать схемы быстродействующих умножителей и схемы интерфейса
