Простое программируемое логическое устройство - Simple programmable logic device

А простое программируемое логическое устройство (SPLD) это программируемое логическое устройство со сложностью ниже, чем у сложное программируемое логическое устройство (CPLD).

Этот термин обычно относится к таким устройствам, как ПЗУ, PAL, PLA и GAL.

Основное описание

Простые программируемые логические устройства (SPLD) - это самые простые, самые маленькие и наименее дорогие формы программируемых логических устройств. SPLD могут использоваться в платах для замены стандартных логических компонентов (логических элементов И, ИЛИ и НЕ), таких как TTL серии 7400.

Обычно они содержат от 4 до 22 полностью связанных макроячеек. Эти макроячейки обычно состоят из некоторой комбинаторной логики (например, логических элементов И ИЛИ) и триггера. Другими словами, внутри каждой макроячейки можно построить небольшое логическое уравнение. Это уравнение объединит состояние некоторого количества двоичных входов в двоичный выход и, если необходимо, сохранит этот выход в триггере до следующего фронта тактового сигнала. Конечно, характеристики доступных логических вентилей и триггеров индивидуальны для каждого производителя и семейства продуктов. Но общая идея всегда одна и та же.

Большинство SPLD используют либо предохранители, либо ячейки энергонезависимой памяти (EPROM, EEPROM, FLASH и другие) для определения функциональности.

Эти устройства также известны как:

Программируемая логика массива (PAL)
Общая логика массива (GAL)
Программируемые логические массивы (PLA)
Программируемые логические массивы (FPLA)
Программируемые логические устройства (PLD)

Преимущества

PLD часто используются для декодирования адресов, где они имеют ряд явных преимуществ по сравнению с TTL-компонентами серии 7400, которые они заменили: одна микросхема требует меньше площади платы, мощности и проводки, чем несколько. Конструкция внутри микросхемы является гибкой, поэтому изменение логики не требует перемонтажа платы. Скорее, простая замена одного PLD на другую деталь, которая была запрограммирована с новым дизайном, может изменить логику декодирования.

Функции

Программируемые логические устройства (PLD) - это цифровые устройства с настраиваемой логикой и триггерами, соединенными между собой программируемым межсоединением. Логические устройства обеспечивают определенные функции, в том числе:

Интерфейс между устройствами
Передача данных
Обработка сигналов
Отображение данных
Время
Контрольные операции
Почти все остальные функции, которые должна выполнять система

Ячейки памяти контролируют и определяют функцию, которую выполняет логика, и то, как различные логические функции взаимосвязаны.

Фиксированные и программируемые

Логические устройства можно разделить на две большие категории - фиксированные и программируемые.

Фиксированные логические устройства:

Как следует из названия, схемы в фиксированном логическом устройстве являются постоянными, они выполняют одну функцию или набор функций - однажды изготовленные, они не могут быть изменены.

В случае устройств с фиксированной логикой время, необходимое для перехода от проектирования к прототипам и конечному производственному циклу, может занять от нескольких месяцев до более года, в зависимости от сложности устройства. И, если устройство не работает должным образом или если требования меняются, необходимо разработать новый дизайн.

Программируемые логические устройства:

С другой стороны, программируемые логические устройства (PLD) являются стандартными, готовыми к продаже частями, которые предлагают клиентам широкий диапазон логической емкости, функций, скорости и характеристик напряжения - и эти устройства могут быть изменены в любое время для выполнения любых количество функций.

Используя устройства с программируемой логикой, дизайнеры используют недорогие программные инструменты для быстрой разработки, моделирования и тестирования своих проектов. Затем проект можно быстро запрограммировать в устройство и сразу же протестировать в цепи под напряжением. PLD, который используется для этого прототипа, представляет собой точно такой же PLD, который будет использоваться в окончательном производстве части конечного оборудования, такого как сетевой маршрутизатор, модем DSL, DVD-плеер или автомобильная навигационная система. Нет никаких затрат на NRE, и окончательный дизайн завершается намного быстрее, чем у нестандартного фиксированного логического устройства.

Еще одно ключевое преимущество использования PLD заключается в том, что на этапе проектирования заказчики могут изменять схему так часто, как они хотят, до тех пор, пока конструкция не будет удовлетворять их потребности. Это потому, что PLD основаны на технологии перезаписываемой памяти - чтобы изменить конструкцию, просто перепрограммируйте устройство. После того, как проект будет окончательным, заказчики могут немедленно приступить к производству, просто запрограммировав столько PLD, сколько им нужно, с окончательным файлом проекта программного обеспечения.

Как правило, PLD можно охарактеризовать как один из трех различных типов:

Простые программируемые логические устройства (SPLD)
Комплексные программируемые логические устройства (CPLD)
Программируемые пользователем вентильные матрицы (ПЛИС)

Архитектура

Есть несколько производителей с множеством разных семейств устройств PLD, поэтому существует множество вариантов архитектуры. Двумя основными типами программируемых логических устройств являются программируемые вентильные матрицы (FPGA) и сложные программируемые логические устройства (CPLD). Различие между ними часто нечеткое: производители создают новые, улучшенные архитектуры и часто мутят воду в маркетинговых целях. Вместе CPLD и FPGA часто называют высокопроизводительными программируемыми логическими устройствами (HCPLD).

Технологии программирования для устройств PLD фактически основаны на различных типах полупроводниковой памяти. По мере разработки новых типов запоминающих устройств та же технология применялась для создания новых типов устройств PLD. Количество доступных логических ресурсов - это основная отличительная черта между SPLD и HCPLD.

Сегодня SPLD - это устройства, которые обычно содержат эквивалент 600 или меньше шлюзов, в то время как HCPLD имеют тысячи и сотни тысяч доступных шлюзов. Из двух типов устройств HCPLD ПЛИС предлагают самую высокую логическую плотность, наибольшее количество функций и самую высокую производительность.

ПЛИС используются в самых разных приложениях, от обработки и хранения данных до измерительных приборов, телекоммуникаций и цифровой обработки сигналов.

CPLD, напротив, предлагают гораздо меньшее количество логики - примерно до 10 000 вентилей. Но CPLD предлагают очень предсказуемые временные характеристики и поэтому идеально подходят для критически важных приложений управления. Некоторым CPLD требуется крайне мало энергии и они очень недороги, что делает их идеальными для чувствительных к стоимости портативных приложений с батарейным питанием, таких как мобильные телефоны и цифровые карманные помощники.