Logikai tervezés Előadasvazlat

Logikai tervezés

Előadásvázlat

2. előadás,

Digitális rendszerek tervezése:

Feladatspecifikáció Előzetes rendszerterv Funkcionális rendszerterv Logikai tervezés

Szempontok: piaci igények(ár, teljesítmény),

rendelkezésre álló erőforrások (idő, pénz, eszközök)

Digitális rendszerek megvalósítása:        Integrált áramkörök alkalmazása minden szinten

Alrendszer Funkcionális modul Áramköri részlet

Integrált áramkörök:

ASIC Application Specific Integrated Circuit

ASSP Application Specific Standard Product

CPU, MPU, memóriák, interfész és kommunikációs elemek

Piaci igények integráltság növelése elfogadható költség mellett általános célú funkciók O.K.

¯ (CPU, memória, stb.)

egyedi tervezésű áramkörök KIS SOROZATBAN DRÁGA

¯ ?

programozható alkatelemek megjelenése

(C)PLD, (Complex) Programmable Logic Device

FPGA         Field Programmable Gate Array

RPU Reconfigurable Processing Unit

Előnyök: rövid fejlesztés és prototípus készítés

hatékony fejlesztési stratégiák

jó műszaki paraméterek (sebesség, fogyasztás, meghajtóképesség)

kedvező ár kis sorozatméret esetén

I. Programozható logikai áramkörök (rövid történelmi áttekintés)

Osztályozás

Felépítés szerint

PLA (PGA,PLS,PML,PAD,PSG)

PAL/GAL

CPLD

FPGA

Komplexitás szerint Lábszám Regiszterek száma

Egyszerű áramkörök < 40 < 30

Közepesen bonyolult 60< <100 50 < <15

Komplex áramkörök > 120   > 200

Technológia szerint

Bipoláris

CMOS

Programozás szerint

OTP (One Time Programmable) FUSE, ANTI-FUSE

Újraprogramozható (UV törlés) EPROM

Átpropgramozható (elektromos törlés, programozás) EEPROM, FLASH

Konfigurálható SRAM

Alkalmazási szempontok, szelekciós kritériumok

A kívánt funkciót képes-e megvalósítani                                             (lábszám, bemenetek, kimenetek, belső regiszterek száma)

A terv ill. a programozás feltételei                                                       (fejlesztői környezet, előzetes ismeretek, programozó készülék, verziók)

Elektromos paraméterek megfelelősége                                              (logikai szintek, TTL/CMOS, 5V/3.3V,kimeneti áramok, sebesség, teljesítményfelvétel, stb.)

I. a. Egyszerű programozható eszközök

~ 70 évek vége, PLA, PAL áramkörök megjelenése

cél: flexibilis építőelem kialakítása egyszerű logikai függvények megvalósítására

Y = f(A,B,C,....Z) f definiálása logikai egyenlet (AND, OR, INV)

Karnaugh-tábla

igazságtáblázat

Kétszintű realizálás: Y= S m(i,j..k)      vagy esetleg Y=P M(l,m,..n)

¯

Ez a forma jelenik meg közvetlenül az első generációs eszközökben.

INPUTS INV AND mező OR mező (INV) OUTPUTS

PROM PLA PAL

Programmable Memory            Programmable Logic Array Programmable Array Logic

fix AND(címdekóder) prog. AND prog. AND

prog. OR prog. OR fix OR (8-10 minterm)

Értékelés:

néhány függvénynél hatékony nem teljes lefedés tipikus feladatokra optimalizált

szomszédos váltás is hazárdos nagyon flexibilis könnyű tervezés és alkalmazás

fix költség (kapuszám??) nem elég hatékony gyors működés

I. b. A PAL (Programmable Array Logic) eszközcsalád részletes áttekintése

Gyakorlati szempontból még fontos típusok: PAL16R8 ill. PAL20R8 családok (R8,R6,R4,L8)

Jellemzők:         max. 10 ill. 14 bemenet , 8 kimenet vagy kétirányú I/O.

L kombinációs típusu I/O, visszacsatolás a lábról

R regiszteres kimenet, visszacsatolás a flip-flop negált kimenetéről

(logikailag azonos az invertált kimeneti lábbal)

R típusnál dedikált közös óra és OE láb, L típusnál belső logikai OE

minden regiszter felfutó élre érzékeny, bekapcsoláskor Q= , tehát OUT=HIGH

mintermek száma: 8 a regiszteres és 7 a kombinációs kimeneti függvényekhez

Létezésüket, használatukat manapság csak a sebességük indokolja.

NAGYON GYORSAK: teljes jelterjedési idő < 3 ns!!!! (Bipoláris technológia)

A PAL16R4 blokkvázlat alapján az eszközcsalád felépítése jól követhető