Вентильні матриці (FPGA)

Структура програмованих користувачем вентильних матриць FPGA схожа на структуру канальних БМК. В їх внутрішній області, так само як у канального БМК, розміщується безліч регулярно розташованих осередків – логічних блоків, між якими проходять трасувальні канали, а на периферії кристала розташовані осередки іншого типу – блоки вводу / виводу. Сучасні мікросхеми FPGA містять і інші вузли, але знайомство з архітектурою цього класу НВІС почнемо з їх класичною структури.

Логічні блоки FPGA. В якості Л Б використовуються:

  1. • транзисторні пари, найпростіші логічні схеми «І-НЕ», «АБО-НЕ» і т.п. Такі Л Б називаються SLC (, Simple Logic Cells, прості логічні ланцюги);
  2. • логічні модулі на основі мультиплексорів;
  3. • табличні логічні модулі на основі програмованих ПЗУ, такі ЛБ називають LUTs (.Look-Up Tables, таблиці пошуку).

Двома основними характеристиками Л Б є їх «зернистість» (Granularity) і «функціональність» (Functionality). Ці характеристики суперечливі: чим нижче властивості Л Б, що характеризуються однією з них, тим вище будуть його властивості, що характеризуються інший. «Зернистість» пов’язана з тим, наскільки «дрібними» будуть ті частини, з яких можна «збирати» потрібні схеми, а «функціональність» – з тим, наскільки великі логічні можливості ЛБ. систему межсоединений FPGA з-за великого числа програмованих точок зв’язку.

Прикладом більш великого логічного блоку, використовуваного в FPGA, може служити Л Б, що складається з трьох мультиплексорів «2-1» і елемента «АБО» (рис. 4.35, б). Підключаючи до входів такого ЛБ змінні і константи, можна отримати комбінаційні функції двох змінних, багато функцій чотирьох змінних і деякі функції більшого числа змінних, аж до восьми.

У FPGA з критичної пам’яттю конфігурації застосовують грубозернисті блоки. У таких блоках реалізуються більш Помилкові функції. При цьому кількість необхід-мих для реалізації логічного пристрою межсоединений істотно скорочується, що спрощує їх програмування. В той же час повністю використовувати логічні можливості такого Л Б дуже важко, і частина його елементів при реалізації конкретної логічної схеми просто стає зайвою.

Прикладом найбільш дрібнозернистого може служити ЛБ, який містить ланцюжка транзисторів з р-і п-каналами (рис. 4.35, а). Між ланцюжками транзисторів є трасувальні канали, в яких можуть бути реалізовані необхідні межсоединения елементів. Кожна пара транзисторів (обведена на рис. 4.35, а пунктиром) являє собою комплементарних пару, з яких можна будувати найпростіші логічні схеми «І-НЕ», «АБО-НЕ» в КМОП-логіці. Принцип побудови таких схем був детально розглянутий в параграфі 3.4. Щоб «розірвати» ланцюжка транзисторів, на затвори транзисторів однієї з пар подаються замикаючі напруги: напруга живлення – на верхній і корпус – на нижній. При цьому транзистори, що знаходяться зліва і праворуч від них, стають ізольованими один від одного. Потім з отриманих елементарних логічних схем шляхом виконання необхідних межсоединений здійснюється побудова більш складних логічних пристроїв.

Дрібнозернистість Л Б веде до великої гнучкості їх використання. У той же час дрібнозернистість ускладнює

Посилання на основну публікацію