ПЛИС микропроцессор

Штампованные серии микропроцессорных устройств и их более расширенных версий в составе плат не всегда отвечают требованиям пользователей. Стандартные разработки производителей часто сильно ограничены в своих параметрах работы, за пределы которых выйти без рискованного «разгона» параметров нет возможности. Зачастую даже минимальные корректировки в штатном режиме внести невозможно. Выход был найден в создании программируемых логических интегральных схем – ПЛИС или PLDS (Programmable Logic Devices). Ведущие разработчики ПЛИС – Xilinx, Altera (теперь – Intel), Cypress Semiconductor и некоторые другие компании и бренды.

Немного о самой конструкции ПЛИС и особенностях их использования, преимуществах.

ПЛИС: чистый лист для программирования и конструирования

Микропроцессорные платы ПЛИС-конструкции похожи по своим свойствам на чистый «лист», где используя знакомые символы можно написать любой текст. В качестве символов используются впечатанные в микропроцессор уже готовые логические элементы, переключатели. В одной микросхеме их может быть от десятков тысяч, чего вполне достаточно для создания автономных и сложных устройств.

Чтобы связать вместе логические ячейки и запрограммировать для решения конкретной задачи работу процессора, потребуется конкретизация алгоритма работы ПЛИС.

Самые простые версии программируемых процессоров – ПЛИС CPLD. Эта версия микропроцессоров с программированием содержат множество PLD ячеек с каналами проводных соединений между ними, которые программируются для соединения и работы под конкретную задачу-алгоритм.

Важная особенность ПЛИС СPLD – автономная собственная память, поэтому дополнительная загрузка программного обеспечения или обновление параметров не требуется. Это ускоряет процесс старта и упрощает эксплуатацию, делает их более стабильными в работе.

Как создают ПЛИС и в чем его главное преимущество

Создание ПЛИС имеет только одно направление. После «зашивки» определённой версии работы микропроцессора, перепрограммировать логические элементы и триггеры невозможно.

На практике делается это так: после составления и применения программируемого алгоритма, предохранители в ПЛИС «перегорают» по указанной автором алгоритма, схеме. Создается единственная логическая цепочка работы ПЛИС.

Чтобы создать рабочую ПЛИС-структуру необходимо обеспечить соединение между продуктом программирования и самим процессором. Для этого используют JTAG ПЛИС прошивку, отсекающую ненужные для работы элементы и формирующие необходимый «рисунок» схемы микропроцессора. Все команды передаются по интерфейсу JTAG, который должен быть встроен в процессор.

Преимущество использования ПЛИС очевидны:

• на плате, для работы ПЛИС, потребуется меньше места, она будет не загромождена ненужными или избыточными связями;
• упрощенная архитектура платы снизит потребление;
• цена за готовое устройство будет меньше, поскольку потребуется и меньше конкретных элементов;
• программное обеспечение для проектирования доступное и не требует больших финансовых инвестиций.

Не ASIC-едины: эффективная ПЛИС-альтернатива

Еще один плюс ПЛИС – универсальность. Более дорогие в использовании ASIC-конструкции изготавливают по единому шаблону и заказ такого микропроцессора с недоработкой может стоить намного дороже, чем программирование и применение ПЛИС-конструкций. ПЛИС универсальны и одновременно инклюзивны, гибки в настройке и программировании.

Настройка работы с АЦП

Уже готовые ПЛИС-микропроцессоры в большинстве случаев необходимо объединить в работе с аналого-цифровыми преобразователями. 

Связка АЦП ПЛИС производится по параллельной или последовательной шине. Это «классика» таких соединений. Есть и другие, новые версии соединений, например, с помощью интерфейсов JESD204B.

Если говорить о самом распространенном варианте соединения, с использованием программирования в связке АЦП-ПИЛС, то успешно применяют для этого язык VHDL с открытым исходным кодом. Поэтому ПЛИС VHDL программирование не ограничено инвестированием или лицензированием. При желании, выполнить такое кодирование сможет даже студент-программист, с использованием базового оборудования и навыков.

Где используют ПЛИС-конструкцию микропроцессоора

Использование ПЛИС-микропроцессоров можно охарактеризовать как универсальное. Их применяют в промышленном производстве для систем управления, в военно-промышленном комплексе и в обычных коммерческих устройствах.

Процессоры для ВПК обычно производят с улучшенными характеристиками надежности и продуктивности работы, выносливости. Те же особенные параметры и для аэрокосмической отрасли.

Soft-микропроцессоры ПЛИС сегодня активно используются прежде всего для мелкосерийных или сложных, уникальных вычислительно-управляющих процессов под конкретный продукт, содержащий требования проекта.