Разработка методов проектирования цифровых устройств на программируемых логических интегральных схемах

• Автор: Гончаров, Денис Александрович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
1. Управление проектированием в технологии программируемых логических интегральных схем ПЛИС.

1.1. Роль ПЛИС в проектировании устройств

1.2. Обзор архитектур и классификация ПЛИС

1.2.1. Программируемые логические матрицы

1.2.2. Программируемая матричная логика

1.2.3. Программируемые коммутируемые матричные блоки.

1.2.4. Программируемые вентильные матрицы

1.3. Управление проектированием в инструментальной среде МАХРШБ II

2. Алгоритмы логического синтеза

2.1. Программируемые регулярные схемы.
2.2. Описание структуры логической ячейки.
2.3. Синтез логических функций общего назначения в ПЛИС.
2.4. Методы синтеза.
2.5. Синтез библиотечных модулей макрофункций и мегафункций
2.5.1. Счетчики
2.5.2. Компараторы.
2.5.3. Мультиплексоры
2.5.4. Комбинированная схема.
3. Реализация алгоритмов в ПЛИС.
3.1. Алгоритмы и их применение на этапе аппаратной реализации
3.2. Синтез схем конечных автоматов КА с памятью
3.3. Параллельное преобразование КА в ПЛИС

3.3.1. Параллельное преобразование КА, полученных на сетевых моделях алгоритмов
3.3.2. Параллельное преобразование КА для микропрограммных автоматов.
Выводы.
4. Выбор соединений в ПЛИС.
4.1. Предпосылки к разработке точного алгоритма выбора соединений
4.2. Структура соединений
4.3. Математическая модель массива межсоединений.
4.4. Последовательный комбинаторный метод выбора соединений.
4.5. Проблемы при размещении
4.6. Метод выбора соединений на основе алгоритма системы различных представителей
4.7. Алгоритм трассировки соединений в ПЛИС.
5. Применение технологии ПЛИС при проектировании авиационных распределенных информационных систем РИС
5.1. Архитектура авиационных РИС
Ф 5.2. Интерфейсные модули.
5.3. Применение методов проектирования схем в ПЛИС
5.3.1. Модуль А93
5.3.2. Модуль АВВ
5.3.3. Модуль АКО
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Значительная стоимость, жесткие требования к габаритам и скорости обработки данных в реальном времени и др. Даже простое перечисление этих свойств аппаратуры показывает высочайшую ответствен ность в проектировании РИС. При этом всякое решение, направленное на улучшение этих свойств, дает колоссальный экономический эффект. Тем не менее, из этих параметров для выбора направления исследования внимание обращается на надежность проектирования, т. Указанные параметры, отличающие РИС, естественно, влияют через архитектуру на распределение функций по аппаратным средствам и существенное применение алгоритмических методов на всех стадиях сбора, передачи и обработки информации. ПЛИС также является частью этой технологии в проектировании, как элементная база, закрывающая наиболее сложные и нестандартные части оборудования. Ниже приведена диаграмма на рис. Приведем диаграммы, показывающие гипотетически занимаемую площадь оборудования в процентах (рис. Подробности по структуре и типу оборудования приведены в разд. Рис. Рис. Рис. Внедрение современных технологий оказывает влияние на архитектуру распределенной системы, а именно приводит к концентрации протоколов обмена и сокращению длины кабельных соединений. Технологии реализуют сложные алгоритмы цифровой обработки потока данных с датчиков - тем самым, также сокращается длина кабельных соединений, и объем аналогового части оборудования, предназначенного для этой цели. При этом возрастает объем цифровой части оборудования. ПЛИС с учетом их дальнейшего совершенствования. Структура цифровой части показана на рис. Рис. Структура цифровой части Классификация технологий приведена на рис. Из рисунка следует, что существует два вида технологий: унифицированные и заказные. К унифицированным относятся процессоры, микроконтроллеры, процессоры цифровой обработки сигналов, контроллеры интерфейсов и т. Основным недостатком этих технологий является наличие жесткой структуры. Разработчик не может влиять на характер их функционирования. Специализированные технологии, имеют индивидуальный характер функционирования. Они разрабатываются по конкретному заказу. Определим место ПЛИС в этой классификации. Оно имеет двойственный характер: для разработчика - специализируемые, а для производителя -унифицируемые. Так как мы рассматриваем применение технологии при проектировании систем, то будем относить ПЛИС к специализируемым технологиям. Можно выделить три этапа интегрирования в систему технологии ПЛИС. Интегрирование процессора в ПЛИС. Рис. Для РИС наиболее актуально интегрирование интерфесов в ПЛИС, так как готовые решения за частую не подходят и требуют определенной доработки. ПЛИС позволяют построить более гибкий контроллер, который можно так же в любой момент изменить под другую задачу. В этом разделе учитывается опыт классификации и обзора элементной базы ПЛИС в литературе [1,2, ]. Тем не менее, считаем необходимым уточнить критерии и оценки, которые будут использованы в дальнейшем при проектировании, и показать роль конкретно ПЛИС фирмы ALTERA семейства МАХ. Общепринятой оценкой логической емкости ПЛИС является число эквивалентных вентилей, определяемое как среднее число вентилей 2И-НЕ, необходимых для реализации эквивалентного проекта. ПЛИС не содержат вентилей 2И-НЕ. Более содержательными признаками сравнения являются состав и структура функциональных ячеек ПЛИС, вид и способы их коммутации. Программируемые логические матрицы (ПЛМ). Программируемая матричная логика (ПМЛ). Программируемые коммутируемые матричные блоки (ПКМБ). Программируемые вентильные матрицы (ПВМ). Рассмотрим подробнее каждый из классов. Это наиболее традиционный тип ПЛИС, имеющий матрицы "И" и "ИЛИ" [2, ]. В зарубежной литературе этот класс схем определяется как FPLA (Field Programmable Logic Array) и FPLS (Field Programmable Logic Sequencers). Структура матрицы показана на рис. V & хи. М - разрядность X, Xy е X, X - множество входов, N - разрядность матрицы "И", у, е Y, Y - множество выходов, 1=1К, К - разрядность матрицы "ИЛИ". Рис. Параметры находятся в следующих пределах: М=8-, N=-, К=6-8. С=^М+К). В данном случае С= 0.