Cpld что это
Видео: Comparison of FPGA and CPLD, #FPGA, #CPLD, #CPLDvsFPGA
Содержание
главное отличие между CPLD и FPGA является то, что FPGA предоставляет больше логических ресурсов и элементов хранения, чем CPLD.
Электронная схема — это структура, состоящая из электронных компонентов, таких как резисторы, транзистор и т. Д. Провода или трассы помогают соединить все эти компоненты. Электрический ток проходит через компоненты в электрической цепи. Две технологии, которые мы можем использовать для создания электронных схем, это CPLD и FPGA.
Ключевые области покрыты
1. Что такое CPLD
— определение, особенности
2. Что такое ПЛИС?
— определение, особенности
3. В чем разница между CPLD и FPGA
— Сравнение основных различий
Основные условия
CPLD, электронные схемы, FPGA
Что такое CPLD
CPLD означает Сложные программируемые логические устройства, Это интегральная схема, которая помогает внедрять цифровые системы. CPLD состоят из набора программируемых функциональных блоков. В каждом блоке есть макроэлементы. Макроэлементы являются основными строительными блоками CPLD. Входы и выходы функциональных блоков связаны через глобальную матрицу взаимосвязей (GIM). Эта матрица межсоединений реконфигурируема, поэтому невозможно изменить контакты между функциональными блоками. Эти функциональные блоки похожи на массив логических элементов.
При разработке CPLD важно обращать внимание на технологию программирования, возможности ввода-вывода и функциональные блоки. В целом, CPLD являются энергонезависимыми и простыми в использовании. Более того, они рентабельны.
Что такое ПЛИС?
ПЛИС выступает за Программируемый вентильный массив. Это полупроводниковое устройство, которое состоит из матрицы конфигурируемых логических блоков, соединенных с помощью программируемых межсоединений. Можно перепрограммировать ПЛИС в соответствии с требованиями после изготовления. В современных ПЛИС имеется около 330000 логических блоков с 1100 входами и выходами.
Пользователи могут спроектировать схему, используя язык описания оборудования, и сконфигурировать эту схему для выполнения простого шлюза, такого как логический элемент AND, или сложной системы, такой как многоядерный процессор. Он хранит все конфигурации в оперативной памяти. Следовательно, сбой питания может стереть эти конфигурации.
Основными компонентами ПЛИС являются следующие.
Программируемые логические блоки — Позволяет реализовать логические функции.
Программируемая маршрутизация (межсоединения) — Это позволяет реализовать функции.
Блоки ввода-вывода — Используется для изготовления чиповых соединений.
Разница между CPLD и FPGA
Определение
CPLD — это интегральная схема, которая помогает внедрять цифровые системы, тогда как FPGA — это интегральная схема, предназначенная для настройки заказчиком или разработчиком после изготовления. Эти определения объясняют основное различие между CPLD и FPGA.
Длинная форма
CPLD означает «Сложное программируемое логическое устройство», а FPGA — «Полевой программируемый логический массив».
Логические ресурсы
Логические ресурсы также являются основным отличием между CPLD и FPGA. CPLD предоставляет минимальные логические ресурсы, в то время как FPGA предоставляет огромное количество логических ресурсов и элементов хранения для создания сложных систем.
Стоимость
Кроме того, CPLD являются экономически эффективными, но FPGA стоят дороже, чем CPLD.
Блоки
Кроме того, CPLD состоят из более крупных блоков, в то время как FPGA состоят из крошечных логических блоков.
объем памяти
Другое различие между CPLD и FPGA — их память. CPLD использует EEPROM (энергонезависимую), а FPGA использует RAM (энергозависимую).
Задержки
Кроме того, легче предсказать задержки в CPLD, чем в FPGA.
Потребляемая мощность
Кроме того, энергопотребление также является разницей между CPLD и FPGA. CPLD потребляет мало энергии, в то время как FPGA потребляет больше энергии.
Безопасность
Безопасность — это еще одно различие между CPLD и FPGA. CPLD более безопасен, чем FPGA, потому что он имеет встроенную энергонезависимую память.
Приложения
Наконец, CPLD подходит для небольших и средних приложений, тогда как FPGA подходит для сложных приложений.
Заключение
CPLD и FPGA используются для реализации электронных устройств. Основное различие между CPLD и FPGA состоит в том, что FPGA предоставляет больше логических ресурсов и элементов хранения, чем CPLD.
Ссылка:
1. «Сложное программируемое логическое устройство». Википедия, Фонд Викимедиа, 4 октября 2018 г.
Что такое ПЛИС простым языком для начинающих
С чем ассоциируется цифровая электроника? В первую очередь с логическими элементами И, ИЛИ, НЕ. Далее в память приходят сдвиговые регистры, дешифраторы, мультиплексоры и прочее. Однако, по мере роста сложности электронных устройств и тенденции к миниатюризации, создание приборов на базе интегральных микросхем (ИМС) из вышеперечисленных компонентов затруднилось, заказные ИМС нужной топологии и схемотехники оправдывали себя только при крупном тиражировании устройства, в остальных случаях — это было неоправданно дорого.
Выходом из сложившейся ситуации стало развитие программируемых интегральных логических схем (сокращенно — ПЛИС, зарубежная аббревиатура — programmable logic device, PLD). Что это такое и где используется мы расскажем в этой статье.
Содержание статьи
Отличия от микроконтроллеров
При слове «программируемый» у большинства новичков происходит ассоциация с микроконтроллерами. Не смотря на то что их также программируют, ПЛИС — это совершенно другое устройство.
Для разработчиков в микроконтроллерах доступен фиксированный набор решений и средств присущих конкретному чипу, отступить от архитектуры никаким образом не получится. Вам предоставлен набор команд, с помощью которых вы производите операции взаимодействия с окружающей средой, посредством считывания данных с цифровых и аналоговых входов и отправка сигналов исполнительным устройствам с помощью выходов.
Кроме этого вы можете производить вычисления, сохранять данные в регистрах или ПЗУ, а также оперировать данными прошитыми в память микроконтроллера. На этом в сущности и заключается назначение и особенности работы с микроконтроллерами.
Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) отличаются тем, что, программируя устройство вы сами создаете архитектуру из базовых логических элементов. Таким образом вы получаете высокое быстродействию и гибкость микросхемы. Это даёт возможность, не изменяя одного чипа сделать целый ряд проектов.
Обобщённо внутреннее устройство ПЛИС можно разделить на три основных группы:
1. Массив из логических элементов (макроячеек, логических блоков).
2. Блоки входа-выхода (IO).
3. Линии связи между ними и устройство, которое управляет этими связями.
Однако такое структурирование очень обобщено, немного подробнее мы рассмотрим этот вопрос ниже.
Программируя вы соединяете элементы подобно тому как бы вы это делали, собирая из отдельных элементов устройство и соединяя их входы и выходы проводниками.
Главным отличием ПЛИС от микроконтроллеров является то, что в микроконтроллере вы не можете изменять внутренних связей между простейшими элементами, а в ПЛИС на основе прописывания связей основывается программирование и работа с ними.
Выбор микроконтроллеров происходит на основе множества критериев, таких как:
Быстродействие и тактовая частота;
Объем ПЗУ и ОЗУ;
Количество входов и выходов.
Другие функциональные особенности и периферии, типа поддержки линий связи и протоколов (I2C, one-wire, PWM-сигнал и прочее).
При выборе ПЛИС основным критерием является количество программируемых блоков — их должно хватить для реализации задачи.
В зависимости от конкретного ПЛИС количество блоков может изменяться в широких пределах, соответственно изменяется и стоимость.
Микроконтроллер выполняет последовательно все операции, прописанные в его программе, в то время как блоки ПЛИС выполняют задачу параллельно и независимо друг от друга, поэтому сравнение этих устройств по тактовой частоте нецелесообразно. Слишком различается их принцип работы.
Виды
Актуальными на сегодняшний день являются два основных вида ПЛИС:
1. CPLD (Complex Programmable Logic Device — Программируемая Логическая Интегральная Микросхема, собственно это и есть ПЛИС в её классическом понимании). В ней обычно есть встроенная энергонезависимая памятью, в которую загружается прошивка.
Внутренняя структура строится на матрице макроячеек или логических блоков, а количество элементов в них лежит в пределах сотен и тысяч штук. Благодаря относительной простоте стоят дешевле чем следующий вид программируемой логики. Всё это приводит к тому, что используется CPLD в основном в схемах, где нужна высокая скорость и большое число выводов, при этом выполняют несложные задачи.
2. FPGA (Field-Programmable Gate Array — Программируемая Пользователем Вентильная Матрица, однако её часто относят к ПЛИС) — более развитые и сложные устройства по сравнению с CPLD, строятся на логических блоках с гибкой коммутаций и содержат большее число элементов (десятки или сотни тысяч штук).
Прошивка, как правило, хранится во внешней энергонезависимой памяти. Кроме простейших логических элементов в FPGA могут содержаться готовые блоки для выполнения каких-либо операций, например, блоки обработки сигнала DSP. Всё это позволяет реализовать процессор, устройства обработки сигналов и другие сложные устройства.
Интересно:
Хотя фактически наличие энергонезависимой памяти не делает программируемую логику CPLD. Это частично заблуждение. Главным отличием CPLD от FPGA является внутренняя структура.
Подробнее внутреннее устройство CPLD изображено на рисунке ниже.
А примерная схема её макроячейки выглядит таким образом:
Макроячейка состоит из программируемых мультиплексоров, триггеров (одного или нескольких) и формирует группу выходных сигналов ФБ в нескольких их вариантах.
Ниже приведен еще один пример – блок-схема CPLD микросхемы семейства MAX II фирмы Altera.
И структурный план микросхем этого же семейства.
Промежуточные шины макроячейкам назначаются с помощью такого узла, как распределитель, на англ. он звучит как Logic Allocator, что изображено на схеме ниже, на ней же изображена матрица переключений (Global Routing Pool), а у выходных макроячейки (macrocells) имеют по две обратных связи.
Внешние выводы микросхемы соединяются с выходами макроячеек через еще один блок (матрицу) – ORP (Output Routing Pool), обратите внимание, что через неё же происходит соединение ВХОДНОЙ логики с GRP, что изображено на иллюстрации ниже.
В некоторых CPLD есть т.н. прямые входы (Direct Input) – они соединены со входами ячеек напрямую, что уменьшает задержки.
У FPGA структура имеет вид:
L – логический конфигурируемый блок;
S (substitution block) – блок подстановок, он получает на ход определенное число бит, преобразует, по определенному алгоритму, а на выходе выдаёт другое число бит. Другими словами – дешифратор, шифратор и коммутатор.
C (connection block) – блок соединений.
Научитесь разрабатывать устройства на базе микроконтроллеров и станьте инженером умных устройств с нуля: Инженер умных устройств
Программирование
HDL (Hardware Description Language, рус. Язык описания аппаратуры) — так называется язык с помощью которого программируются ПЛИС. Популярными и универсальными являются Verilog HDL и VHDL. Существуют и другие языки, например, присущие конкретным производителям, как AHDL для изделий компании ALTERA.
Разработчикам, которые работают с ПЛИС доступно графическое программирование. То есть вы можете просто рисовать логические схемы или комбинировать код с графикой. Последнее называют модульным методом разработки, когда конкретные модули прописываются, а верхний модуль, в котором всё объединяется программируется графическим способом.
Подборка полезных статей про микроконтроллеры:
Примеры популярных производителей и серий ПЛИС
На момент написания статьи наиболее известными являются изделия двух производителей.