Плис что это. ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы): универсальные электронные компоненты для создания цифровых устройств

alexxlabРазное
Что такое ПЛИС и как они работают. Каковы основные типы и области применения ПЛИС. Чем ПЛИС отличаются от обычных микросхем. Какие преимущества дает использование ПЛИС в разработке электронных устройств.

Содержание

Что такое ПЛИС и как они работают

ПЛИС (программируемые логические интегральные схемы) — это электронные компоненты, которые позволяют создавать цифровые интегральные схемы с программируемой логикой работы. В отличие от обычных микросхем с фиксированной функциональностью, логика работы ПЛИС задается путем программирования после изготовления.

Как работают ПЛИС? Основные принципы:

  • ПЛИС содержит массив логических блоков и программируемых соединений между ними
  • Программирование задает конфигурацию соединений и функции логических блоков
  • Это позволяет реализовать практически любую цифровую схему в рамках возможностей ПЛИС
  • Программирование выполняется с помощью специальных средств разработки

Таким образом, одна и та же микросхема ПЛИС может выполнять различные функции в зависимости от загруженной в нее конфигурации. Это обеспечивает огромную гибкость при разработке цифровых устройств.


Основные типы ПЛИС и их особенности

Существует несколько основных типов ПЛИС, различающихся архитектурой и возможностями:

CPLD (Complex Programmable Logic Device)

CPLD содержат относительно крупные программируемые логические блоки — макроячейки. Особенности CPLD:

  • Энергонезависимая память конфигурации
  • Не требуют перепрограммирования при включении питания
  • Подходят для простой логики и интерфейсов

FPGA (Field Programmable Gate Array)

FPGA имеют более мелкозернистую структуру логических элементов. Ключевые характеристики FPGA:

  • Большое количество логических элементов
  • Гибкая архитектура соединений
  • Специализированные блоки для обработки сигналов
  • Подходят для сложных вычислительных задач

Какой тип ПЛИС лучше выбрать? Это зависит от конкретной задачи — CPLD проще в использовании, а FPGA обладают большей функциональностью.

Преимущества использования ПЛИС в разработке электронных устройств

Применение ПЛИС дает ряд важных преимуществ при создании цифровых устройств:

  • Гибкость и универсальность — одна микросхема может выполнять различные функции
  • Сокращение времени разработки за счет возможности быстрого перепрограммирования
  • Снижение стоимости при мелкосерийном производстве по сравнению с заказными микросхемами
  • Возможность модернизации и обновления устройств путем перепрограммирования
  • Высокая производительность для задач параллельной обработки данных

Эти преимущества делают ПЛИС привлекательным выбором для многих применений в современной электронике.


Основные сферы применения ПЛИС

ПЛИС широко используются в различных областях электроники и вычислительной техники. Где применяются ПЛИС?

  • Телекоммуникационное оборудование
  • Системы цифровой обработки сигналов
  • Промышленная автоматика
  • Автомобильная электроника
  • Медицинское оборудование
  • Аэрокосмические системы
  • Высокопроизводительные вычислительные системы

Такое разнообразие применений обусловлено универсальностью ПЛИС и возможностью их адаптации под конкретные задачи.

Программирование и разработка устройств на основе ПЛИС

Создание устройств на ПЛИС требует специальных инструментов разработки. Как программируются ПЛИС?

  1. Разработка схемы устройства в специализированной САПР
  2. Описание логики на языках описания аппаратуры (VHDL, Verilog)
  3. Синтез логической схемы
  4. Размещение и трассировка на кристалле ПЛИС
  5. Генерация файла прошивки
  6. Загрузка прошивки в ПЛИС

Этот процесс позволяет реализовать сложные цифровые устройства, используя программные средства проектирования.

Сравнение ПЛИС с другими технологиями

Чем ПЛИС отличаются от альтернативных технологий создания цифровых устройств?


ПЛИС vs ASIC

ASIC (специализированные заказные микросхемы):

  • Более высокая производительность
  • Меньшее энергопотребление
  • Дешевле при массовом производстве

ПЛИС:

  • Гибкость и возможность изменения функций
  • Быстрая разработка и отладка
  • Дешевле при мелкосерийном производстве

ПЛИС vs микроконтроллеры

Микроконтроллеры:

  • Проще в программировании
  • Готовая периферия на кристалле

ПЛИС:

  • Выше производительность для параллельных вычислений
  • Возможность реализации сложной цифровой логики

Выбор технологии зависит от конкретной задачи и требований к устройству.

Тенденции развития технологий ПЛИС

Технологии ПЛИС продолжают активно развиваться. Какие основные тенденции наблюдаются в этой области?

  • Увеличение степени интеграции и количества логических ячеек
  • Снижение энергопотребления
  • Интеграция специализированных блоков (процессорные ядра, память, интерфейсы)
  • Развитие средств автоматизации проектирования
  • Применение ПЛИС в системах искусственного интеллекта и машинного обучения

Эти тенденции расширяют возможности применения ПЛИС и делают их еще более привлекательными для разработчиков электронных устройств.



ПЛИС | это… Что такое ПЛИС?

CPLD ПЛИС Altera MAX 7128, эквивалентная 2500 вентилям

Программи́руемая логи́ческая интегра́льная схе́ма (ПЛИС, англ. programmable logic device, PLD) — электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования). Для программирования используются программаторы и отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры: Verilog, VHDL, AHDL и др. Альтернативой ПЛИС являются: программируемые логические контроллеры (ПЛК), базовые матричные кристаллы (БМК), требующие заводского производственного процесса для программирования; ASIC — специализированные заказные большие интегральные схемы(БИС), которые при мелкосерийном и единичном производстве существенно дороже; специализированные компьютеры, процессоры (например, цифровой сигнальный процессор) или микроконтроллеры, которые из-за программного способа реализации алгоритмов в работе медленнее ПЛИС.

Некоторые производители ПЛИС предлагают программные процессоры для своих ПЛИС, которые могут быть модифицированы под конкретную задачу, а затем встроены в ПЛИС. Тем самым обеспечивается уменьшение места на печатной плате и упрощение проектирования самой ПЛИС, за счёт быстродействия.

Содержание

  • 1 Некоторые сферы применения
  • 2 Типы ПЛИС
    • 2.1 Ранние ПЛИС
    • 2.2 PAL
    • 2.3 GAL
    • 2.4 CPLD
    • 2.5 FPGA
    • 2.6 Прочие
  • 3 Некоторые ведущие мировые производители ПЛИС
  • 4 Основной производитель кристаллов для ПЛИС
  • 5 См. также
  • 6 Примечания
  • 7 Ссылки

Некоторые сферы применения

ПЛИС широко используется для построения различных по сложности и по возможностям цифровых устройств.

Это приложения, где необходимо большое количество портов ввода-вывода (бывают ПЛИС с более чем 1000 выводов («пинов»)), цифровая обработка сигнала (ЦОС), цифровая видеоаудиоаппаратура, высокоскоростная передача данных, криптография, проектирование и прототипирование ASIC, в качестве мостов (коммутаторов) между системами с различной логикой и напряжением питания, реализация нейрочипов, моделирование квантовых вычислений.

В современных периферийных и основных компьютерных устройствах платы расширения в системе Plug and Play имеют специальную микросхему — ПЛИС, которая позволяет плате сообщать свой идентификатор и список требуемых и поддерживаемых ресурсов.

Типы ПЛИС

Ранние ПЛИС

В 1970 году компания Texas Instruments разработала маскируемые (программируемые с помощью маски, англ. mask-programmable) ИС основанные на ассоциативном ПЗУ (ROAM) фирмы IBM. Эта микросхема, TMS2000, программировалась чередованием металлических слоёв в процессе производства ИС. TMS2000 имела до 17 входов и 18 выходов с 8-ю JK-триггерами в качестве памяти. Для этих устройств компания TI ввела термин Programmable Logic Array(PLA) — программируемая логическая матрица.

PAL

Основная статья: PAL (ПЛИС)

PAL (англ.  Programmable Array Logic) — программируемый массив (матрица) логики. В СССР PLA и PLM не различались и обозначились как ПЛМ. Разница между ними состоит в доступности программирования внутренней структуры (матриц) ПЛМ.

GAL

Основная статья: GAL

CPLD

Основная статья: CPLD

CPLD (англ. complex programmable logic device — сложные программируемые логические устройства) содержат относительно крупные программируемые логические блоки — макроячейки, соединённые с внешними выводами и внутренними шинами. Функциональность CPLD кодируется в энергонезависимой памяти, поэтому нет необходимости их перепрограммировать при включении. Может применяться для расширения числа входов/выходов рядом с большими кристаллами, или для предобработки сигналов (например, контроллер COM-порта, USB, VGA).

FPGA

Основная статья: FPGA

FPGA (англ. field-programmable gate array) содержат блоки умножения-суммирования, которые широко применяются при обработке сигналов (DSP), а также логические элементы (как правило, на базе таблиц перекодировки — таблиц истинности) и их блоки коммутации. FPGA обычно используются для обработки сигналов, имеют больше логических элементов и более гибкую архитектуру, чем CPLD. Программа для FPGA хранится в распределённой памяти, которая может быть выполнена как на основе энергозависимых ячеек статического ОЗУ (подобные микросхемы производят, например, фирмы Xilinx и Altera) — в этом случае программа не сохраняется при исчезновении электропитания микросхемы, так и на основе энергонезависимых ячеек Flash-памяти или перемычек antifuse (такие микросхемы производит фирма Actel и Lattice Semiconductor) — в этих случаях программа сохраняется при исчезновении электропитания. Если программа хранится в энергозависимой памяти, то при каждом включении питания микросхемы необходимо заново конфигурировать её при помощи начального загрузчика, который может быть встроен и в саму FPGA. Альтернативой ПЛИС FPGA являются более медленные цифровые процессоры обработки сигналов. FPGA применяются также, как ускорители универсальных процессоров в суперкомпьютерах (например: Cray — XD1, SGI — Проект RASC).

Прочие

Некоторые ведущие мировые производители ПЛИС

  • Atmel
  • Altera
  • Lattice semiconductor
  • Xilinx
  • Actel

Основной производитель кристаллов для ПЛИС

  • TSMC

См.

также
  • Программируемая аналоговая интегральная схема
  • Периферийное сканирование

Примечания

Ссылки

  • Видеоуроки проектирования на ПЛИС Xilinx
  • описания ПЛИС известных фирм
  • Несколько проектов
  • В. Соловьев, А. Климович. Введение в проектирование комбинационных схем на ПЛИС
  • ПЛИС FPGA
  • Платформы. Технология ПЛИС и ее применение для создания нейрочипов
  • Стешенко В. Б. Реализация на ПЛИС цифровых демодуляторов сигналов с частотной манипуляцией Кафедра СМ5 МГТУ им. Н. Э. Баумана
  • В. Стешенко. Школа разработки аппаратуры цифровой обработки сигналов на ПЛИС
  • Основные производители современных ПЛИС-компьютеров и комплектующих к ним
  • Угрюмов Е. П. Глава 7. Программируемые логические матрицы, программируемая матричная логика, базовые матричные кристаллы / Цифровая схемотехника. Учеб. пособие для вузов. Изд.2, БХВ-Петербург, 2004. С. 357.

ПЛИС | это.

.. Что такое ПЛИС?

CPLD ПЛИС Altera MAX 7128, эквивалентная 2500 вентилям

Программи́руемая логи́ческая интегра́льная схе́ма (ПЛИС, англ. programmable logic device, PLD) — электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования). Для программирования используются программаторы и отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры: Verilog, VHDL, AHDL и др. Альтернативой ПЛИС являются: программируемые логические контроллеры (ПЛК), базовые матричные кристаллы (БМК), требующие заводского производственного процесса для программирования; ASIC — специализированные заказные большие интегральные схемы(БИС), которые при мелкосерийном и единичном производстве существенно дороже; специализированные компьютеры, процессоры (например, цифровой сигнальный процессор) или микроконтроллеры, которые из-за программного способа реализации алгоритмов в работе медленнее ПЛИС.

Некоторые производители ПЛИС предлагают программные процессоры для своих ПЛИС, которые могут быть модифицированы под конкретную задачу, а затем встроены в ПЛИС. Тем самым обеспечивается уменьшение места на печатной плате и упрощение проектирования самой ПЛИС, за счёт быстродействия.

Содержание

  • 1 Некоторые сферы применения
  • 2 Типы ПЛИС
    • 2.1 Ранние ПЛИС
    • 2.2 PAL
    • 2.3 GAL
    • 2.4 CPLD
    • 2.5 FPGA
    • 2.6 Прочие
  • 3 Некоторые ведущие мировые производители ПЛИС
  • 4 Основной производитель кристаллов для ПЛИС
  • 5 См. также
  • 6 Примечания
  • 7 Ссылки

Некоторые сферы применения

ПЛИС широко используется для построения различных по сложности и по возможностям цифровых устройств.

Это приложения, где необходимо большое количество портов ввода-вывода (бывают ПЛИС с более чем 1000 выводов («пинов»)), цифровая обработка сигнала (ЦОС), цифровая видеоаудиоаппаратура, высокоскоростная передача данных, криптография, проектирование и прототипирование ASIC, в качестве мостов (коммутаторов) между системами с различной логикой и напряжением питания, реализация нейрочипов, моделирование квантовых вычислений.

В современных периферийных и основных компьютерных устройствах платы расширения в системе Plug and Play имеют специальную микросхему — ПЛИС, которая позволяет плате сообщать свой идентификатор и список требуемых и поддерживаемых ресурсов.

Типы ПЛИС

Ранние ПЛИС

В 1970 году компания Texas Instruments разработала маскируемые (программируемые с помощью маски, англ. mask-programmable) ИС основанные на ассоциативном ПЗУ (ROAM) фирмы IBM. Эта микросхема, TMS2000, программировалась чередованием металлических слоёв в процессе производства ИС. TMS2000 имела до 17 входов и 18 выходов с 8-ю JK-триггерами в качестве памяти. Для этих устройств компания TI ввела термин Programmable Logic Array(PLA) — программируемая логическая матрица.

PAL

Основная статья: PAL (ПЛИС)

PAL (англ.  Programmable Array Logic) — программируемый массив (матрица) логики. В СССР PLA и PLM не различались и обозначились как ПЛМ. Разница между ними состоит в доступности программирования внутренней структуры (матриц) ПЛМ.

GAL

Основная статья: GAL

CPLD

Основная статья: CPLD

CPLD (англ. complex programmable logic device — сложные программируемые логические устройства) содержат относительно крупные программируемые логические блоки — макроячейки, соединённые с внешними выводами и внутренними шинами. Функциональность CPLD кодируется в энергонезависимой памяти, поэтому нет необходимости их перепрограммировать при включении. Может применяться для расширения числа входов/выходов рядом с большими кристаллами, или для предобработки сигналов (например, контроллер COM-порта, USB, VGA).

FPGA

Основная статья: FPGA

FPGA (англ. field-programmable gate array) содержат блоки умножения-суммирования, которые широко применяются при обработке сигналов (DSP), а также логические элементы (как правило, на базе таблиц перекодировки — таблиц истинности) и их блоки коммутации. FPGA обычно используются для обработки сигналов, имеют больше логических элементов и более гибкую архитектуру, чем CPLD. Программа для FPGA хранится в распределённой памяти, которая может быть выполнена как на основе энергозависимых ячеек статического ОЗУ (подобные микросхемы производят, например, фирмы Xilinx и Altera) — в этом случае программа не сохраняется при исчезновении электропитания микросхемы, так и на основе энергонезависимых ячеек Flash-памяти или перемычек antifuse (такие микросхемы производит фирма Actel и Lattice Semiconductor) — в этих случаях программа сохраняется при исчезновении электропитания. Если программа хранится в энергозависимой памяти, то при каждом включении питания микросхемы необходимо заново конфигурировать её при помощи начального загрузчика, который может быть встроен и в саму FPGA. Альтернативой ПЛИС FPGA являются более медленные цифровые процессоры обработки сигналов. FPGA применяются также, как ускорители универсальных процессоров в суперкомпьютерах (например: Cray — XD1, SGI — Проект RASC).

Прочие

Некоторые ведущие мировые производители ПЛИС

  • Atmel
  • Altera
  • Lattice semiconductor
  • Xilinx
  • Actel

Основной производитель кристаллов для ПЛИС

  • TSMC

См.

также
  • Программируемая аналоговая интегральная схема
  • Периферийное сканирование

Примечания

Ссылки

  • Видеоуроки проектирования на ПЛИС Xilinx
  • описания ПЛИС известных фирм
  • Несколько проектов
  • В. Соловьев, А. Климович. Введение в проектирование комбинационных схем на ПЛИС
  • ПЛИС FPGA
  • Платформы. Технология ПЛИС и ее применение для создания нейрочипов
  • Стешенко В. Б. Реализация на ПЛИС цифровых демодуляторов сигналов с частотной манипуляцией Кафедра СМ5 МГТУ им. Н. Э. Баумана
  • В. Стешенко. Школа разработки аппаратуры цифровой обработки сигналов на ПЛИС
  • Основные производители современных ПЛИС-компьютеров и комплектующих к ним
  • Угрюмов Е. П. Глава 7. Программируемые логические матрицы, программируемая матричная логика, базовые матричные кристаллы / Цифровая схемотехника. Учеб. пособие для вузов. Изд.2, БХВ-Петербург, 2004. С. 357.

Что означает PLZ?

Аббревиатура » Термин

Термин » Аббревиатура

Слово в термине

#ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ НОВЫЙ