ПЛИС. Общие понятия. Разновидности.

ПЛИС – удобные в освоении и применении элементы, альтернативы которым зачастую не найти. Последние годы характеризуются резким ростом плотности упаковки элементов на кристалле, многие ведущие производители либо начали серийное производство, либо анонсировали ПЛИС с эквивалентной емкостью более 1 млн. логических вентилей. Цены на ПЛИС неуклонно падают. Еще несколько лет назад ПЛИС емкостью 100 000 вентилей стоила от 1500 до 3000 долларов, а сейчас такая микросхема стоит от 100 до 350 долларов, то есть цены упали практически на порядок, и эта тенденция устойчива. В продаже появились ПЛИС емкостью 10000…30000 логических вентилей стоимостью менее 10 долларов.

1. Программируемые логические матрицы ПЛМ (PLA, Programmable Logic Array) – ПЛИС, имеющие программируемые матрицы И и ИЛИ. Примерами таких ПЛИС могут служить отечественные схемы K556PT1,PT2,PT21. Недостаток такой архитектуры – слабое использование ресурсов программируемой матрицы "ИЛИ".

2. Программируемая матричная логика ПМЛ (PAL) – это ПЛИС, имеющие программируемую матрицу "И" и фиксированную матрицу "ИЛИ". К этому классу относятся большинство современных ПЛИС небольшой степени интеграции. В качестве примеров можно привести отечественные ИС КМ1556ХП4, ХП6, ХП8, ХЛ8, ранние разработки ПЛИС фирм INTEL, ALTERA, AMD и др.

Вышеперечисленные архитектуры ПЛИС содержат небольшое число ячеек, к настоящему времени морально устарели и применяются для реализации относительно простых устройств, для которых не существует готовых ИС средней степени интеграции.

3. Базовые матричные кристаллы БМК, второе название которых – вентильные матрицы ВМ (GA, Gate Array), представляют собой набор несоединенных логических элементов.

4. Программируемые вентильные матрицы ПВМ (FPGA, Field Programmable Gate Array) состоят из логических блоков (ЛБ) и коммутирующих путей – программируемых матриц соединений. Логические блоки таких ПЛИС состоят из одного или нескольких относительно простых логических элементов, в основе которых лежит таблица перекодировки, программируемый мультиплексор, D-триггер, а также цепи управления.

5. Программируемые коммутируемые матричные блоки ПКМБ (CPLD, Complex Programmable Logic Devices) содержат несколько матричных логических блоков (каждый из которых имеет структуру ПЛМ), объединенных коммутирующей матрицей. ПКМБ чаще применяют для реализации управляющих и интерфейсных схем

6. Программируемые аналоговые интегральные схемы ПАИС (FPAA, Functional Programmable Analog Array) – содержат комбинацию как цифровых, так и аналоговых элементов.

7. Система на кристалле SOРC (System On Programmable Chip), имеющая другое название – SoC (System-on-Chip). Дальнейшее развитие архитектур идeт по пути создания комбинированных архитектур, сочетающих удобство реализации алгоритмов ЦОС на базе таблиц перекодировок и реконфигурируемых модулей памяти, характерных для FPGA-структур и многоуровневых ПЛИС с удобством реализации цифровых автоматов на CPLD-архитектурах. В основе идеи SOРC лежит интеграция всей электронной системы в одном кристалле