eng
Выпуск #2/2013
Павел Чуприна
Программируемая логика. Actel и Atmel не уступают своих позиций
Программируемая логика. Actel и Atmel не уступают своих позиций
Просмотры: 5093
Заказные микросхемы ASIC позволяют реализовывать аппаратные средства компьютерных систем, ориентированные на решение задач разработчика. Но увеличение сроков проектирования на основе таких микросхем и рост затрат на проектирование и внедрение в производство не удовлетворяют разработчиков. Поэтому интерес представляют альтернатива ASIC – ПЛИС, которые поступают к разработчику или пользователю в незапрограммированном состоянии, благодаря чему разработчик может сам реализовать на них требуемую архитектуру.
Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) по сравнению с ASIC имеют следующие преимущества: малые затраты на разработку, возможность многократного перепрограммирования и оперативной корректировки проекта и более простой процесс тестирования и отладки изделия. Системы на кристалле, реализованные на ПЛИС, – это перспективная элементная база для широкой номенклатуры мало- и среднесерийных изделий. К классу ПЛИС относятся микросхемы CPLD (Complex programmable Logic Devices) и FPGA (Field Programmable Gate Array).
Схемы программируемой логики и их производители
ПЛИС/CPLD содержат относительно крупные программируемые логические блоки – макроячейки, соединенные с внешними выводами и внутренними шинами. Функциональность ПЛИС/CPLD кодируется в энергонезависимой памяти, поэтому при включении схемы перепрограммировать ее не надо. Схема может применяться для расширения числа входов/выходов или для предобработки сигналов (например, контроллер COM-порта, USB, VGA).
ПЛИС/FPGA содержат блоки умножения-суммирования, а также логические элементы (как правило, на базе таблиц перекодировки – таблиц истинности) и блоки их коммутации. Программа для FPGA хранится в распределенной памяти, которая может быть выполнена на основе энергонезависимых ячеек флеш-памяти или перемычек (antifuse), в этих случаях при отключении электропитания программа сохраняется. Она (память) может быть выполнена и на основе энергозависимых ячеек статического ОЗУ (СОЗУ) – тогда при отключении электропитания микросхемы программа не сохраняется и при каждом включении питания необходимо заново конфигурировать микросхему при помощи начального загрузчика, который может быть встроен и в саму схему FPGA.
Основные компании-производители программируемой логики:
Actel (Маунтин-Вью, Калифорния) – практически единственный производитель серийных ПЛИС со встроенным ППЗУ. В ноябре 2010 года компания Actel вошла в состав корпорации Microsemi и теперь известна как подразделение "Системы на кристалле" корпорации Microsemi (Microsemi SoC Products Group);
Altera (Сан-Хосе, Калифорния) – один из крупнейших разработчиков ПЛИС, основана в 1983 году. Не имеет собственных производственных мощностей, поэтому в основном занимается разработкой схем и модулей (языки описания аппаратуры – VHDL, Verilog и собственный AHDL);
Atmel Corporation (Сан-Хосе, Калифорния) – основана в 1984 году, широко известна как изготовитель полупроводниковых электронных компонентов и один из лидеров производства микроконтроллеров. Также разрабатывает и производит ПЛИС и небольшие модули энергонезависимой памяти для электронных изделий;
Lattice Semiconductor Corporation (штат Орегона) выпускает высокопроизводительные ПЛИС;
Xilinx (Сан-Хосе, Калифорния) – основной разработчик и производитель ПЛИС, основана в 1984 году. По данным самой компании, доля производимых ею ПЛИС на мировом рынке составляет 51%.
ПЛИС, выпускаемые этими компаниями, отличаются друг от друга по архитектуре построения внутренних программируемых комбинационных схем, способом загрузки программирования, емкостью логических элементов, числом эквивалентных вентилей, технологией изготовления кристаллов и типами корпусов.
Проектирование ПЛИС на кристалле производится с помощью программаторов или загрузочных адаптеров, которые позволяют посредством параллельного (LPT) порта компьютера конфигурировать и программировать различные типы логических матриц ПЛИС. Логические матрицы ПЛИС компаний Xilinx и Altera программируются и конфигурируются стандартными оригинальными загрузчиками Parallel Download Cable и Byte Blacter MV, или Byte Blaster 2. Кроме того, ПЛИС группы FPGA программируются загрузочными ПЗУ, для чего хорошо подходят ПЗУ серии AT17 фирмы Atmel. Рассмотрим подробнее продукцию, выпускаемую компаниями Actel и Atmel.
ПЛИС компании Actel
ПЛИС компании делятся на три большие группы:
с однократно программируемой памятью (ОППЗУ, antifuse);
с электрически стираемой памятью (флеш, ЭППЗУ);
с ОППЗУ и повышенной радиационной стойкостью.
Компания Actel предоставляет несколько версий интегрированной среды разработки встроенного программного обеспечения Libero IDE. Она объединяет новейшие средства для создания дизайна в графическом и текстовом редакторах, его оптимизации, физической реализации, тестирования и программирования ПЛИС.
Помимо программных выпускаются аппаратные средства программирования и верификации: программатор Silicon Sculptor 3 для всех семейств ПЛИС Actel, программаторы FlashPro, FlashProLite и FlashPro3 для ISP-программирования флеш-ПЛИС Actel и 18-канальный логический анализатор Silicon Explorer II.
В отличие от большинства производителей, которые при изготовлении больших многократно программируемых интегральных схем используют технологию SRAM (СОЗУ), компания Actel применяет флеш-технологию. Схемы, изготовленные по этой технологии, высоконадежны и могут работать в жестких условиях эксплуатации.
Для однократно программируемых ПЛИС Actel использует технологию Antifuse (восстановление перемычек за счет перехода кремния из аморфного состояния с низкой проводимостью в кристаллическое с высокой проводимостью). В отличие от технологии "пережигания перемычек" технология Antifuse имеет большое преимущество – однажды запрограммированная перемычка никогда не изменит своего состояния.
Основное отличие ПЛИС компании Actel, изготовленных по технологиям флеш и Antifuse, от СОЗУ-ПЛИС других производителей заключается в том, что конфигурация хранится непосредственно внутри элементарной ячейки ПЛИС, в КМОП-транзисторе с плавающим затвором или в перемычке. Отсюда и основные преимущества таких микросхем – нет необходимости переносить информацию о прошивке из внешнего энергонезависимого ПЗУ и, следовательно, при загрузке конфигурации нет задержки по времени между подачей питания и переходом микросхем в рабочее состояние. Кроме того, полностью исключена возможность считывания прошивки сторонними разработчиками (например, в целях хищения интеллектуальной собственности).
Основной недостаток СОЗУ-ПЛИС – бросок тока (current surge) при включении питания, который вызван тем, что СОЗУ-триггеры находятся в неопределенном состоянии и необходимо некоторое время для перехода их в стабильное состояние. По величине этот бросок тока часто более чем в десять раз превышает энергопотребление СОЗУ-ПЛИС в статическом режиме, поэтому требуется увеличить мощность источника питания и площадь, занимаемую схемами на плате. Если же за основу ПЛИС брать элементарную ячейку флеш-памяти, в которую входят всего два транзистора с объединенным затвором, то площадь, занимаемая такой ячейкой на кристалле, примерно в семь раз меньше площади, занимаемой СОЗУ-ячейкой. За счет этого и величина тока потребления во флеш-ПЛИС меньше.
Поскольку фирма Actel производит флеш-ПЛИС на протяжении многих лет и основные усилия ее разработчиков направлены на совершенствование технологии, она добилaсь заметных успехов в изготовлении ПЛИС с низким энергопотреблением по сравнению с другими фирмами (табл.1).
Actel предлагает четыре семейства флеш-ПЛИС: ProASICPLUS, ProASIC3/E, IGLOO/E и Fusion. Их основные характеристики: внутренняя частота – до 350 МГц; количество вентилей – от 30 тыс. до 3 млн.; возможность внутрисхемного программирования; коммерческое, промышленное, военное и MIL-STD-883B исполнение; наличие встроенной энергонезависимой памяти; корпуса PQFP, TQFP, FBGA, BGA, CQFP, CCGA, QFN, CS, VQFP.
Радиационно-стойкие ПЛИС семейств RTAX-S и RTSX-S/SL изготавливаются по Antifuse-технологии и предназначены для космической отрасли. Они практически полностью защищены от воздействия высокоэнергетических частиц (свыше 117 МэВ/см2) и обладают высокой радиационной стойкостью (допустимая накопленная доза – свыше 300 крад).
ПЛИС компании Atmel
Компания выпускает практически весь спектр программируемых логических схем малой (SPLD, Simple Programmable Logic Devices) и повышенной (CPLD, Complex Programmable Logic Devices) степеней интеграции.
ПЛИС/SPLD включают семейства ATF16V8, ATF20V8 и ATF22V10, соответствующие промышленным стандартам. Они отличаются пониженным в 2–4 раза энергопотреблением.
ATF16V8, содержащие восемь триггеров-защелок (FF-fli p-flops), могут эмулировать более 20 типов стандартных микросхем PAL (программируемой логики). Они поддерживают три различных режима: регистровый, комплексный и стандартный. В регистровом режиме макроэлемент может быть сконфигурирован как триггерный или комбинационный. ATF16V8 эмулирует следующие стандартные микросхемы – 16R8, 16RP8, 16R6, 16RP6, 16R4, 16RP4. В комплексном режиме возможна эмуляция микросхем 16L8, 16H8 и 16P8, а в стандартном режиме – 12 типов простых PAL, в которых отсутствует опция "разрешение выхода". Нужный режим выбирается при программировании кристалла.
Схемы семейства ATF16V8 имеют различные модификации. Наиболее популярна модификация BQL, характеризующаяся величиной тока потребления 20 мА в активном режиме и 5 мА – в режиме ожидания. Микросхемы ATF16V8 выпускаются в 20-выводных корпусах типов DIP(P), SOIC(S), TSSOP(X) и PLCC(J), имеют коммерческий (от 0 до 70˚C) и промышленный (от -40 до 85˚C) температурные диапазоны.
ATF20V8 также как и ATF16V8 построены на стандартных макроэлементах и поддерживают регистровый, комплексный и стандартный режимы конфигурации, однако они имеют большее количество входов/выходов и выпускаются в 24-выводных корпусах типов DIP, SOIC, TSSOP и 28-выводном PLCC-корпусе.
ATF22V10 – наиболее широко применяемые микросхемы класса SPLD. Они содержат 10 макроэлементов, 12 входов и 10 входов/выходов.
Основные характеристики микросхем ПЛИС/SPLD приведены в табл.2.
Хотя микросхемы ПЛИС/SPLD фирмы Atmel и отличаются сравнительно малым энергопотреблением, но в ряде случаев необходимо снизить потребляемую мощность до возможного минимума. Для этого в микросхемы с индексом "C" добавлена функция – принудительное "усыпление", используется вывод PD (Power Down), совмещенный с одним из логических входов микросхемы. В режиме "сна" микросхема потребляет не более 10 мкА, что позволяет применять ее даже в приборах на батарейном питании. При этом состояния входов/выходов и внутренних регистров запоминаются, и после "пробуждения" микросхема продолжает функционировать в обычном режиме. При подаче напряжения питания регистры микросхемы находятся в предопределенном состоянии, которое задается при прошивке микросхемы.
Все микросхемы ПЛИС/SPLD фирмы Atmel сохраняют свою конфигурацию в памяти типа EEPROM, их можно перепрограммировать до 100 раз внешним программатором. Время сохранения данных – не менее 20 лет. При программировании можно активизировать бит защиты, запрещающий несанкционированное копирование микросхемы. Все микросхемы ПЛИС/SPLD работают в коммерческом и промышленном диапазонах температур. В серии ATF22V10 есть также микросхемы в военном исполнении.
ПЛИС/CPLD. К микросхемам повышенной степени интеграции относятся схемы серий ATF15xxAS(L) и ATF15xxSS(L). Под "хх" подразумевается количество логических блоков в микросхеме, которое может быть от 2 до 32. В свою очередь, логический блок – это 16 макроэлементов, связанных сигналами каскадирования. По мощности макроэлемент серии ATF15xxAS(L) превосходит макроэлемент, используемый фирмой Altera в семействе EPM7000S. В макроэлементе фирмы Atmel предусмотрено большее количество соединений с глобальной матрицей разводки (т.е. к ней подключены все входы и сигналы обратной связи макроэлемента) в отличие от макроэлемента фирмы Altera, где между матрицей и макроэлементом размещен входной мультиплексор. Архитектурное решение компании Atmel обеспечивает лучшую разводку кристалла, особенно если перед разводкой назначение выводов микросхемы предопределено и программа-разводчик не может их изменить.
ATF15xxAS(L) имеют несколько режимов энергосбережения. Если на входах отсутствует изменение сигналов, они аппаратно переводятся в режим минимального потребления. В результате снижается потребляемая микросхемой мощность в режиме ожидания и пропорционально уменьшается потребляемый ток при частоте входных сигналов менее 5 МГц. Для дальнейшего снижения мощности можно активизировать "энергосберегающий бит" (Reduced-power bit), что позволяет перевести любой макроэлемент в режим минимального потребления.
ATF15xxAS(L) имеют электрически перепрограммируемое ПЗУ конфигурации, допускающее 10000 циклов перезаписи. Как и в микросхемах SPLD, здесь есть бит защиты и память для хранения версии прошивки. CPLD можно запрограммировать как стандартным внешним программатором, так и непосредственно в системе, т.е. можно производить замену версии конфигурации микросхемы уже в готовом устройстве после распайки выводов на печатную плату. Также можно отказаться от панелей для установки микросхем, что повышает надежность устройства. Для программирования используется стандартный интерфейс JTAG и не требуется отдельного источника питания.
ATF15xxSS(L) изготавливаются по 0,35-мкм технологии (табл.3), имеют низкое энергопотребление, работают в коммерческом и промышленном диапазонах температур.
Средства программирования
ПЛИС фирмы Atmel программируются различными способами. Учитывая функциональную совместимость с ПЛИС фирмы Altera, можно использовать известный пакет MAX+PLUS II. В среде этого пакета создается схема и производится компиляция. Выходной файл с расширением .pof конвертируется в файл .jed, который и загружается в микросхему PLD. Эту операцию выполняет распространяемая бесплатно утилита pof2jed.exe.
Следует учесть, что САПР MAX+PLUS II не позволяет использовать расширенные возможности микросхем компании Atmel, и поэтому она предлагает свои два специализированных программных продукта Atmel-WinCupl и Atmel- Synario.
Atmel-WinCupl представляет собой усеченную версию пакета WinCupl, разработанного фирмой Logical Devices. Atmel-WinCupl функционирует в среде Win95/98/NT и поддерживает все микросхемы SPLD и CPLD, выпускаемые фирмой Atmel. Демо-версия этого пакета с ограниченным количеством компиляций распространяется бесплатно. Бесплатную версию пакета без ограничения числа компиляций можно заказать через российских дистрибьюторов фирмы Atmel. Atmel-WinCupl позволяет провести все фазы проекта – ввод описания проекта в текстовом виде на языке Cupl (синтаксис языка близок к языку ABEL), компиляцию проекта (на выходе формируется стандартный файл JEDEC), а также временную симуляцию (в графическом виде). Этот пакет удобен для разработки небольших проектов на микросхемах PLD фирмы Atmel.
Литература
Карпов С. Actel:новые технологии, передовые решения. – Электроника: НТБ, 2007, №7, с.78–79
Карпов С. ПЛИС корпорации Actel для портативных систем. СемействоIGLOO/E. Электроника: НТБ, 2007, №8, с.67–69.
Майская В. ПЛИСы всякие нужны, ПЛИСы всякие важны. – Электроника: НТБ, 2005, №3, с.6–12.
Тарасов И. FPGA SPARTAN-3E фирмы Xilinx. Новые перспективы. – Электроника: НТБ, 2006, №3, с.14–18.
Филатов А. Становление нового сегмента рынка FPGA. Экономичные системные решения на FPGA. – Электроника: НТБ, 2006, №3, с.20–23.
Тарасов И. ПЛИС Xilinx и цифровая обработка сигналов. Особенности, преимущества, перспективы. – Электроника: НТБ, 2011, №3, с.70–74.
Королев Н. Программируемая логика – взгляд со стороны Atmel. – Chip News, 2008, №7.
Схемы программируемой логики и их производители
ПЛИС/CPLD содержат относительно крупные программируемые логические блоки – макроячейки, соединенные с внешними выводами и внутренними шинами. Функциональность ПЛИС/CPLD кодируется в энергонезависимой памяти, поэтому при включении схемы перепрограммировать ее не надо. Схема может применяться для расширения числа входов/выходов или для предобработки сигналов (например, контроллер COM-порта, USB, VGA).
ПЛИС/FPGA содержат блоки умножения-суммирования, а также логические элементы (как правило, на базе таблиц перекодировки – таблиц истинности) и блоки их коммутации. Программа для FPGA хранится в распределенной памяти, которая может быть выполнена на основе энергонезависимых ячеек флеш-памяти или перемычек (antifuse), в этих случаях при отключении электропитания программа сохраняется. Она (память) может быть выполнена и на основе энергозависимых ячеек статического ОЗУ (СОЗУ) – тогда при отключении электропитания микросхемы программа не сохраняется и при каждом включении питания необходимо заново конфигурировать микросхему при помощи начального загрузчика, который может быть встроен и в саму схему FPGA.
Основные компании-производители программируемой логики:
Actel (Маунтин-Вью, Калифорния) – практически единственный производитель серийных ПЛИС со встроенным ППЗУ. В ноябре 2010 года компания Actel вошла в состав корпорации Microsemi и теперь известна как подразделение "Системы на кристалле" корпорации Microsemi (Microsemi SoC Products Group);
Altera (Сан-Хосе, Калифорния) – один из крупнейших разработчиков ПЛИС, основана в 1983 году. Не имеет собственных производственных мощностей, поэтому в основном занимается разработкой схем и модулей (языки описания аппаратуры – VHDL, Verilog и собственный AHDL);
Atmel Corporation (Сан-Хосе, Калифорния) – основана в 1984 году, широко известна как изготовитель полупроводниковых электронных компонентов и один из лидеров производства микроконтроллеров. Также разрабатывает и производит ПЛИС и небольшие модули энергонезависимой памяти для электронных изделий;
Lattice Semiconductor Corporation (штат Орегона) выпускает высокопроизводительные ПЛИС;
Xilinx (Сан-Хосе, Калифорния) – основной разработчик и производитель ПЛИС, основана в 1984 году. По данным самой компании, доля производимых ею ПЛИС на мировом рынке составляет 51%.
ПЛИС, выпускаемые этими компаниями, отличаются друг от друга по архитектуре построения внутренних программируемых комбинационных схем, способом загрузки программирования, емкостью логических элементов, числом эквивалентных вентилей, технологией изготовления кристаллов и типами корпусов.
Проектирование ПЛИС на кристалле производится с помощью программаторов или загрузочных адаптеров, которые позволяют посредством параллельного (LPT) порта компьютера конфигурировать и программировать различные типы логических матриц ПЛИС. Логические матрицы ПЛИС компаний Xilinx и Altera программируются и конфигурируются стандартными оригинальными загрузчиками Parallel Download Cable и Byte Blacter MV, или Byte Blaster 2. Кроме того, ПЛИС группы FPGA программируются загрузочными ПЗУ, для чего хорошо подходят ПЗУ серии AT17 фирмы Atmel. Рассмотрим подробнее продукцию, выпускаемую компаниями Actel и Atmel.
ПЛИС компании Actel
ПЛИС компании делятся на три большие группы:
с однократно программируемой памятью (ОППЗУ, antifuse);
с электрически стираемой памятью (флеш, ЭППЗУ);
с ОППЗУ и повышенной радиационной стойкостью.
Компания Actel предоставляет несколько версий интегрированной среды разработки встроенного программного обеспечения Libero IDE. Она объединяет новейшие средства для создания дизайна в графическом и текстовом редакторах, его оптимизации, физической реализации, тестирования и программирования ПЛИС.
Помимо программных выпускаются аппаратные средства программирования и верификации: программатор Silicon Sculptor 3 для всех семейств ПЛИС Actel, программаторы FlashPro, FlashProLite и FlashPro3 для ISP-программирования флеш-ПЛИС Actel и 18-канальный логический анализатор Silicon Explorer II.
В отличие от большинства производителей, которые при изготовлении больших многократно программируемых интегральных схем используют технологию SRAM (СОЗУ), компания Actel применяет флеш-технологию. Схемы, изготовленные по этой технологии, высоконадежны и могут работать в жестких условиях эксплуатации.
Для однократно программируемых ПЛИС Actel использует технологию Antifuse (восстановление перемычек за счет перехода кремния из аморфного состояния с низкой проводимостью в кристаллическое с высокой проводимостью). В отличие от технологии "пережигания перемычек" технология Antifuse имеет большое преимущество – однажды запрограммированная перемычка никогда не изменит своего состояния.
Основное отличие ПЛИС компании Actel, изготовленных по технологиям флеш и Antifuse, от СОЗУ-ПЛИС других производителей заключается в том, что конфигурация хранится непосредственно внутри элементарной ячейки ПЛИС, в КМОП-транзисторе с плавающим затвором или в перемычке. Отсюда и основные преимущества таких микросхем – нет необходимости переносить информацию о прошивке из внешнего энергонезависимого ПЗУ и, следовательно, при загрузке конфигурации нет задержки по времени между подачей питания и переходом микросхем в рабочее состояние. Кроме того, полностью исключена возможность считывания прошивки сторонними разработчиками (например, в целях хищения интеллектуальной собственности).
Основной недостаток СОЗУ-ПЛИС – бросок тока (current surge) при включении питания, который вызван тем, что СОЗУ-триггеры находятся в неопределенном состоянии и необходимо некоторое время для перехода их в стабильное состояние. По величине этот бросок тока часто более чем в десять раз превышает энергопотребление СОЗУ-ПЛИС в статическом режиме, поэтому требуется увеличить мощность источника питания и площадь, занимаемую схемами на плате. Если же за основу ПЛИС брать элементарную ячейку флеш-памяти, в которую входят всего два транзистора с объединенным затвором, то площадь, занимаемая такой ячейкой на кристалле, примерно в семь раз меньше площади, занимаемой СОЗУ-ячейкой. За счет этого и величина тока потребления во флеш-ПЛИС меньше.
Поскольку фирма Actel производит флеш-ПЛИС на протяжении многих лет и основные усилия ее разработчиков направлены на совершенствование технологии, она добилaсь заметных успехов в изготовлении ПЛИС с низким энергопотреблением по сравнению с другими фирмами (табл.1).
Actel предлагает четыре семейства флеш-ПЛИС: ProASICPLUS, ProASIC3/E, IGLOO/E и Fusion. Их основные характеристики: внутренняя частота – до 350 МГц; количество вентилей – от 30 тыс. до 3 млн.; возможность внутрисхемного программирования; коммерческое, промышленное, военное и MIL-STD-883B исполнение; наличие встроенной энергонезависимой памяти; корпуса PQFP, TQFP, FBGA, BGA, CQFP, CCGA, QFN, CS, VQFP.
Радиационно-стойкие ПЛИС семейств RTAX-S и RTSX-S/SL изготавливаются по Antifuse-технологии и предназначены для космической отрасли. Они практически полностью защищены от воздействия высокоэнергетических частиц (свыше 117 МэВ/см2) и обладают высокой радиационной стойкостью (допустимая накопленная доза – свыше 300 крад).
ПЛИС компании Atmel
Компания выпускает практически весь спектр программируемых логических схем малой (SPLD, Simple Programmable Logic Devices) и повышенной (CPLD, Complex Programmable Logic Devices) степеней интеграции.
ПЛИС/SPLD включают семейства ATF16V8, ATF20V8 и ATF22V10, соответствующие промышленным стандартам. Они отличаются пониженным в 2–4 раза энергопотреблением.
ATF16V8, содержащие восемь триггеров-защелок (FF-fli p-flops), могут эмулировать более 20 типов стандартных микросхем PAL (программируемой логики). Они поддерживают три различных режима: регистровый, комплексный и стандартный. В регистровом режиме макроэлемент может быть сконфигурирован как триггерный или комбинационный. ATF16V8 эмулирует следующие стандартные микросхемы – 16R8, 16RP8, 16R6, 16RP6, 16R4, 16RP4. В комплексном режиме возможна эмуляция микросхем 16L8, 16H8 и 16P8, а в стандартном режиме – 12 типов простых PAL, в которых отсутствует опция "разрешение выхода". Нужный режим выбирается при программировании кристалла.
Схемы семейства ATF16V8 имеют различные модификации. Наиболее популярна модификация BQL, характеризующаяся величиной тока потребления 20 мА в активном режиме и 5 мА – в режиме ожидания. Микросхемы ATF16V8 выпускаются в 20-выводных корпусах типов DIP(P), SOIC(S), TSSOP(X) и PLCC(J), имеют коммерческий (от 0 до 70˚C) и промышленный (от -40 до 85˚C) температурные диапазоны.
ATF20V8 также как и ATF16V8 построены на стандартных макроэлементах и поддерживают регистровый, комплексный и стандартный режимы конфигурации, однако они имеют большее количество входов/выходов и выпускаются в 24-выводных корпусах типов DIP, SOIC, TSSOP и 28-выводном PLCC-корпусе.
ATF22V10 – наиболее широко применяемые микросхемы класса SPLD. Они содержат 10 макроэлементов, 12 входов и 10 входов/выходов.
Основные характеристики микросхем ПЛИС/SPLD приведены в табл.2.
Хотя микросхемы ПЛИС/SPLD фирмы Atmel и отличаются сравнительно малым энергопотреблением, но в ряде случаев необходимо снизить потребляемую мощность до возможного минимума. Для этого в микросхемы с индексом "C" добавлена функция – принудительное "усыпление", используется вывод PD (Power Down), совмещенный с одним из логических входов микросхемы. В режиме "сна" микросхема потребляет не более 10 мкА, что позволяет применять ее даже в приборах на батарейном питании. При этом состояния входов/выходов и внутренних регистров запоминаются, и после "пробуждения" микросхема продолжает функционировать в обычном режиме. При подаче напряжения питания регистры микросхемы находятся в предопределенном состоянии, которое задается при прошивке микросхемы.
Все микросхемы ПЛИС/SPLD фирмы Atmel сохраняют свою конфигурацию в памяти типа EEPROM, их можно перепрограммировать до 100 раз внешним программатором. Время сохранения данных – не менее 20 лет. При программировании можно активизировать бит защиты, запрещающий несанкционированное копирование микросхемы. Все микросхемы ПЛИС/SPLD работают в коммерческом и промышленном диапазонах температур. В серии ATF22V10 есть также микросхемы в военном исполнении.
ПЛИС/CPLD. К микросхемам повышенной степени интеграции относятся схемы серий ATF15xxAS(L) и ATF15xxSS(L). Под "хх" подразумевается количество логических блоков в микросхеме, которое может быть от 2 до 32. В свою очередь, логический блок – это 16 макроэлементов, связанных сигналами каскадирования. По мощности макроэлемент серии ATF15xxAS(L) превосходит макроэлемент, используемый фирмой Altera в семействе EPM7000S. В макроэлементе фирмы Atmel предусмотрено большее количество соединений с глобальной матрицей разводки (т.е. к ней подключены все входы и сигналы обратной связи макроэлемента) в отличие от макроэлемента фирмы Altera, где между матрицей и макроэлементом размещен входной мультиплексор. Архитектурное решение компании Atmel обеспечивает лучшую разводку кристалла, особенно если перед разводкой назначение выводов микросхемы предопределено и программа-разводчик не может их изменить.
ATF15xxAS(L) имеют несколько режимов энергосбережения. Если на входах отсутствует изменение сигналов, они аппаратно переводятся в режим минимального потребления. В результате снижается потребляемая микросхемой мощность в режиме ожидания и пропорционально уменьшается потребляемый ток при частоте входных сигналов менее 5 МГц. Для дальнейшего снижения мощности можно активизировать "энергосберегающий бит" (Reduced-power bit), что позволяет перевести любой макроэлемент в режим минимального потребления.
ATF15xxAS(L) имеют электрически перепрограммируемое ПЗУ конфигурации, допускающее 10000 циклов перезаписи. Как и в микросхемах SPLD, здесь есть бит защиты и память для хранения версии прошивки. CPLD можно запрограммировать как стандартным внешним программатором, так и непосредственно в системе, т.е. можно производить замену версии конфигурации микросхемы уже в готовом устройстве после распайки выводов на печатную плату. Также можно отказаться от панелей для установки микросхем, что повышает надежность устройства. Для программирования используется стандартный интерфейс JTAG и не требуется отдельного источника питания.
ATF15xxSS(L) изготавливаются по 0,35-мкм технологии (табл.3), имеют низкое энергопотребление, работают в коммерческом и промышленном диапазонах температур.
Средства программирования
ПЛИС фирмы Atmel программируются различными способами. Учитывая функциональную совместимость с ПЛИС фирмы Altera, можно использовать известный пакет MAX+PLUS II. В среде этого пакета создается схема и производится компиляция. Выходной файл с расширением .pof конвертируется в файл .jed, который и загружается в микросхему PLD. Эту операцию выполняет распространяемая бесплатно утилита pof2jed.exe.
Следует учесть, что САПР MAX+PLUS II не позволяет использовать расширенные возможности микросхем компании Atmel, и поэтому она предлагает свои два специализированных программных продукта Atmel-WinCupl и Atmel- Synario.
Atmel-WinCupl представляет собой усеченную версию пакета WinCupl, разработанного фирмой Logical Devices. Atmel-WinCupl функционирует в среде Win95/98/NT и поддерживает все микросхемы SPLD и CPLD, выпускаемые фирмой Atmel. Демо-версия этого пакета с ограниченным количеством компиляций распространяется бесплатно. Бесплатную версию пакета без ограничения числа компиляций можно заказать через российских дистрибьюторов фирмы Atmel. Atmel-WinCupl позволяет провести все фазы проекта – ввод описания проекта в текстовом виде на языке Cupl (синтаксис языка близок к языку ABEL), компиляцию проекта (на выходе формируется стандартный файл JEDEC), а также временную симуляцию (в графическом виде). Этот пакет удобен для разработки небольших проектов на микросхемах PLD фирмы Atmel.
Литература
Карпов С. Actel:новые технологии, передовые решения. – Электроника: НТБ, 2007, №7, с.78–79
Карпов С. ПЛИС корпорации Actel для портативных систем. СемействоIGLOO/E. Электроника: НТБ, 2007, №8, с.67–69.
Майская В. ПЛИСы всякие нужны, ПЛИСы всякие важны. – Электроника: НТБ, 2005, №3, с.6–12.
Тарасов И. FPGA SPARTAN-3E фирмы Xilinx. Новые перспективы. – Электроника: НТБ, 2006, №3, с.14–18.
Филатов А. Становление нового сегмента рынка FPGA. Экономичные системные решения на FPGA. – Электроника: НТБ, 2006, №3, с.20–23.
Тарасов И. ПЛИС Xilinx и цифровая обработка сигналов. Особенности, преимущества, перспективы. – Электроника: НТБ, 2011, №3, с.70–74.
Королев Н. Программируемая логика – взгляд со стороны Atmel. – Chip News, 2008, №7.
Отзывы читателей
