Программируемые логические матрицы и программируемая матричная логика

История развития интегральных схем с программируемой структурой насчитывает уже более тридцати лет. Основой для современных ПЛИС послужили несколько типов полузаказных интегральных схем, таких как: Программируемые Логические Матрицы (ПЛМ, Programmable Logic Array, PLА), Программируемая Матричная Логика (ПМЛ, Programmable Array Logic, PAL), Базовые Матричные Кристаллы (БМК, Gate Array, GA). Появление электронных схем с программируемой логикой функционирования было вызвано потребностью в нестандартных компонентах. Выпуск таких компонентов в виде заказных интегральных схем в большинстве случаев экономически не обоснован.

Программируемые Логические Матрицы позволяют реализовать n логических функций от m аргументов. ПЛМ содержит последовательно соединенные k связями (термами) матрицы элементов И и элементов ИЛИ (Рисунок 1). Помимо этого, в матрице И могут быть использованы инвертированные входные сигналы, что позволяет реализовывать функции в виде ДНФ.

Изготовленная на заводе ПЛМ содержит матрицы со всеми возможными связями (показаны на рисунке точками): матрица И позволяет получить k конъюнкций входных сигналов, а матрица ИЛИ позволяет получить n дизъюнкций термов. В таком случае программирование заключается в разрушении излишних связей (например, для ПЛМ К556РТ1). В другом варианте в исходной ПЛМ все связи отсутствуют, а программирование заключается в их создании.

Рисунок 1 – Структура ПЛМ

Структура интегральных схем ПМЛ позволяет более полно использовать ресурсы кристалла при проектировании простых устройств. В отличие от ПЛМ, в таких микросхемах программирование возможно только для матрицы И, а матрица ИЛИ фиксирована (Рисунок 2). Ограничения на состав и количество термов позволяет усложнить остальные части ПМЛ.

Рисунок 2 – Структура ПМЛ

В дальнейшем, функциональные возможности ПЛМ и ПМЛ были расширены благодаря следующим усовершенствованиям:

- введению двунаправленных, обратных и межэлементных связей, что позволяет наращивать количество термов функций (например, отечественные ПЛМ К1556ХП8);

- введению элементов памяти, что позволяет проектировать на ПМЛ и ПЛМ синхронные цифровые автоматы;

- программированию выходных буферов для выдачи выходных сигналов в прямом или инверсном виде;

- использованию мультиплексоров для выбора альтернативных путей прохождения сигналов, репрограммируемых точек связи и памяти конфигурации, позволяющих перепрограммировать функциональность и связность частей ПЛМ и ПМЛ.

Результатом эволюции указанных типов интегральных схем стали Сложные программируемые логические устройства (СПЛУ, Complex Programmable Logic Devices, CPLD).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: