27.05.14 1 Thiết kế với linh kiện lập trình A. Linh kiện lập trình 27.05.14 2 A. Linh kiện lập trình 27.05.14 3 Phân loại  ROM (Read Only Memory)  PAL (Programmable Array Logic)  GAL (Generic Array Logic)  CPLD (Complex Programmable Logic Device)  FPGA (Field Programmable Gate Array) 27.05.14 4 ROM 27.05.14 5 PAL  Cụm từ Programmable Array Logic (PAL) dùng để mô tả một họ thiết bị logic có khả năng lập trình để thực hiện các các cổng logic trong mạch số được giới thiệu bởi Monolithic Memories, Inc. (MMI) vào năm 1978.  PAL bao gồm có lõi PROM (programmable read-only memory) cộng thêm cổng logic đầu ra. 27.05.14 6 PAL  PAL chỉ có thể lập trình một lần "one-time programmable" (OTP). Hình : thiết bị lập trình đơn giản (họ PAL) (phần từ lập trình ở đây là các cầu chì) 27.05.14 7 PAL  PAL có thể lập cấu hình bằng tay hoặc dùng ngôn ngữ (Ngôn ngữ mô tả phần cứng - hardware descriptive language “HDL”), ví dụ như: ABEL, CUPL, hoặc PALASM.  Để nạp cấu hình cho PAL có thể dùng các bộ nạp. Ví dụ: bộ nạp Model 60A của Data I/O. 27.05.14 8 GAL  GAL (Generic Array Logic) được giới thiệu bởi Lattice Semiconductor vào năm 1985.  GAL là một loại chip lập trình được có thể thay thế cho các vi mạch 74xx và 40xx.  Thiết bị này có các tính chất giống như PAL, nhưng có thể xóa và lập trình lại. Do đó bạn có thể thay đổi thiết kế một cách linh hoạt và mềm dẻo, mật độ tích hợp của chip cao hơn. 27.05.14 9 GAL  Ngoài ra GALs còn giúp cho chúng ta thu gọn kích thước của bản mạch thiết kế, tăng khả năng giữ bản quyền.  GAL có thể lập trình bởi Bộ nạp hoặc nạp trực tiếp trong mạch.  Một dạng tương tự GAL là PEEL (programmable electrically erasable logic) được phát triển bởi International CMOS Technology (ICT) corporation. 27.05.14 10 GAL  Hiện nay có hai series GALs phổ biến đó là GAL16V8 và GAL20V8. Hình: Lattice GAL 16V8 và 20V8 [...]... dụng FPGA trong TK 27.05.14 26 FPGA thiết kế và lập trình    Để xây dựng các mạch điện sử dụng FPGA có thể dùng Ngôn ngữ mô tả phần cứng HDL hoặc sơ đồ nguyên lý (vẽ mạch – graphics editor) Sau khi thiết kế xong, các mạch điện được mô phỏng và kiểm tra kết quả Kết quả cuối cùng là file cấu hình của FPGA 27.05.14 27 FPGA thiết kế và lập trình   Để đơn giản khi thiết kế một hệ thống lớn thì sử dụng... (Hardware description language) Qúa trình thiết kế: Đầu vào thiết kê: HDL (VerilogHDL, VHDL, Sơ đồ nglý…) Biên dịch Kiểm tra chức năng Thỏa mãn yêu cầu no yes Lập trình thiết bị 27.05.14 31 Phương pháp TK truyền thống   Đó là: Tối thiểu hóa hàm Boolean và dùng sơ đồ các phần tử Nhược điểm của phương pháp thiết kế truyền thống là bị giới hạn về độ phức tạp và chỉ có thể thiết kế được các hệ thống chứa vài... Nói chung FPGA chậm hơn so với ASIC ASIC: Thiết kế ứng dụng -> Thiết kế mạch logic -> Mô phỏng -> Kiểm tra chức năng codes -> P&R (Place & Route bất kỳ) -> Làm wafer (silicon) -> Test prototype (nếu lỗi quay lại sửa bản thiết kế logic) -> Sản xuất hàng loạt (dạng chip) -> Triển khai ứng dụng trên board 27.05.14 21 So sánh FPGA và ASIC  FPGA: Nhà sản xuất: Thiết kế platform của FPGA -> Mô phỏng... + Tool hỗ trợ => Người sử dụng: Thiết kế ứng dụng -> Thiết kế mạch logic -> Mô phỏng -> Kiểm tra chức năng code -> P& R (theo quy định của platform) -> Đổ codes lên platform FPGA -> triển khai ứng dụng trên board 27.05.14 22 So sánh FPGA và ASIC  Kết luận: Với ASIC chúng ta phải làm từ A đến Z, chúng ta có thể tùy chọn công nghệ chế tạo chip và chip được chế tạo với một họăc một số ứng dụng đã... năng khác Cấu hình có thể lưu ở PROM hoặc EEPROM Nhiều loại EEPROM có thể lập trình bởi insystem programmable (ví dụ như JTAG) 27.05.14 18 FPGA  FPGAs và CPLDs là những lựa chọn rất tốt cho các thiết kế Việc lựa chọn FPGA hay CPLD phụ thuộc vào độ phức tạp của mạch, tính kinh tế, và cũng có thể là kinh nghiệm của người thiết kế 27.05.14 19 Ví dụ: FPGA của Altera Altera FPGA 20,000 cells 27.05.14 20...GAL  Phần mềm lập trình GAL miễn phí có cả cho các bạn dùng hệ điều hành Windows và Linux Ví dụ: GAL® programmer GALBlast Version 1.6 27.05.14 11 CPLD   CPLD (Complex Programmable Logic Device) Đây là thiết bị logic lập trình có độ phức tạp nằm giữa PALs và FPGAs, về cấu trúc thì có tính chất của cả hai loại Cơ sở (phần... 27.05.14 27 FPGA thiết kế và lập trình   Để đơn giản khi thiết kế một hệ thống lớn thì sử dụng các thư viện có sẵn (thư viện là các mạch được thiết kế trước - predefined circuits, thường gọi là IP cores) Thư viện do người dùng thiết kế, hoặc có thể do hãng cung cấp với bản quyền cho phép 27.05.14 28 Hãng cung cấp FPGA   Xilinx và Altera là hai hãng cung cấp FPGA hàng đầu hiện nay Ngoài ra còn có các... một họăc một số ứng dụng đã được định nghĩa từ trước 27.05.14 23 So sánh FPGA và ASIC  FPGA thực chất là một platform có thể cấu hình được (configurable) được thiết kế sẵn với mục đích sản xuất hàng loạt và dành người dùng có thể tùy ý thiết kế các ứng dụng khác nhau (tất nhiên là bị giới hạn bởi những đặc tính của chip FPGA) 27.05.14 24 Ứng dụng của FPGAs  Bộ xử lý tín hiệu số DSP (digital signal... ngàn phần tử 27.05.14 32 Ưu điểm của HDL   Cho phép thiết kế các hệ thống phức tạp Rất mềm dẻo trong thiết kế (thay đổi các tham số một cách dễ dàng) 27.05.14 33 Ngôn ngữ mô tả phần cứng   Verilog HDL VHDL 27.05.14 34 VHDL   VHDL là ngôn ngữ mô tả phần cứng cho các mạch tích hợp tốc độ rất cao Là một loại ngôn ngữ được phát triển dùng cho chương trình VHSIC (Very High Speed Integraded Circuit) của... CPLD có 2500 cổng 27.05.14 13 CPLD    Một vài loại CPLDs có thể nạp bằng PAL programmer, nhưng phương pháp này trở nên bất tiện đối với các chíp hàng trăm chân Phương pháp thứ hai là lập trình trên mạch in (giống như AVR) CPLDs không cần bộ nhớ cấu hình ROM ngoài (khác với FPGA nhỏ) 27.05.14 14 CPLD   Lưu ý là mỗi hãng có một giao thức riêng cho phương pháp nạp thứ hai Ví dụ Lattice Semiconductor . 27.05.14 1 Thiết kế với linh kiện lập trình A. Linh kiện lập trình 27.05.14 2 A. Linh kiện lập trình 27.05.14 3 Phân loại  ROM (Read Only Memory)  PAL. chỉ có thể lập trình một lần "one-time programmable" (OTP). Hình : thiết bị lập trình đơn giản (họ PAL) (phần từ lập trình ở đây là các cầu chì) 27.05.14 7 PAL  PAL có thể lập cấu hình. loại chip lập trình được có thể thay thế cho các vi mạch 74xx và 40xx.  Thiết bị này có các tính chất giống như PAL, nhưng có thể xóa và lập trình lại. Do đó bạn có thể thay đổi thiết kế một