Вентильные матрицы, программируемые пользователем

FPGA (Field Programmable Gate Arrays) – программируемые пользователем вентильные матрицы, имеющие регулярную структуру – наиболее обширный класс программируемых схем, обладающих максимальными функциональными возможностями. На их основе созданы системы на программируемом кристалле СнПК (SoPC, Systems on Programmable Chip). Благодаря регулярной структуре FPGA реализуются с уровнем интеграции, близким к максимальному.

Во внутренней области FPGA базовой архитектуры по строкам и столбцам размещаются идентичные функциональные блоки ФБ (КЛБ, конфигурируемые логические блоки), между которыми проходят трассы межсоединений. На периферии кристалла расположены блоки ввода/вывода БВВ. Для первого поколения перечисленные части составляли по существу всю схему FPGA. В последующем архитектура FPGA усложнилась, и в ее составе появились дополнительные функциональные ресурсы, среди которых в первую очередь следует назвать встроенные блоки памяти (их стали вводить практически во все разрабатываемые микросхемы) и умножители. В составе FPGA появились также специализированные средства для автоподстройки задержек в системе тактирования (PLL, DLL, DCM), средства для поддержки интерфейса JTAG, для реализации высокопроизводительных шин, для генерации тактовых сигналов и т. д.

На рисунке 1.8 показан фрагмент FPGA базовой архитектуры.

В состав функционального блока ФБ FPGA входят:

- функциональный (логический) преобразователь (ФП);

- триггер (регистр RG);

- мультиплексоры (MUX)для конфигурирования ФБ.

При конфигурировании FPGA функциональные (логические) блоки настраиваются на выполнение требуемых операций, а система соединений – на требуемые связи между элементами и блоками. В результате в FPGA реализуется схема необходимой конфигурации. Блоки ввода/вывода связывают FPGA с внешней средой, и их, как правило, можно программировать на выполнение ряда стандартов передачи данных.

Рисунок 1.8 – Фрагмент FPGA базовой архитектуры

Отметим две области применения FPGA:

- отработка прототипов блоков и систем при их проектировании, даже если их конечная реализация рассчитана на другие средства;

- создание конечной продукции для изделий не слишком большой тиражности быстрыми и эффективными способами.

[i] Новиков Ю.В., Скоробагатов П.К. Основы микропроцессорной техники М.: ИНТУИТ.РУ, 2003 – 440с.