تحقیق FPGA & CPLD زبان برنامه نويسي VHDL
مقدمه اي درباره FPGA & CPLD
براي آنكه بتوان بخش بزرگي از يك طرح را داخل يك تراشه منتقل نمود و از زمان و هزينه مونتاژ و راه‌اندازي و نگهداري طرح كاست، ساخت تراشه‌هاي قابل برنامه ريزي مطرح شد از جمله مزاياي استفاده از تراشه‌هاي قابل برنامه ريزي در طراحي پروژه‌ها عبارتند از :
- كاهش ابعاد و حجم
- كاهش زمان و هزينه طرح
- افزايش اطمينان از سيستم
- حفاظت از طرح
- حفاظت در برابر نويز و اغتشاش
FPGA ها ابزار سخت افزاري قابل برنامه ريزي ارزان قيمت را جايگزين كاربردهاي فعلي كنترلرهاي داخلي (Embedded Controllers) نموده‌اند. به همين دليل بازار آنها رشد گسترده‌اي داشته است. علاوه بر اين به جهت ارائه راه حل‌هاي مناسب براي IC هاي سفارشي با عملكرد بالا موفقيت زيادي به دست آورده‌اند. در واقع به نظر مي‌رسد كه FPGAها با توجه به ارزان بودن، نسل فعلي تراشه‌هاي ASIC را از رده خارج كنند. همين مزيت هزينه و عملكرد توجه زيادي را درحوزه تحقيقات به خود معطوف كرده است.
ويژگي استفاده از قطعات منطقي قابل برنامه ريزي (PLD) و FPGA، ارزان بودن قيمت و سرعت ورود آنها به بازار است.
قطعات ASIC، هزينه‌هاي توسعه مهندسي غير قابل برگشت بالاتري دارند و در نتيجه اغلب، قيمت اين محصولات بالاتر است، اما اساساً كارايي بالاتري دارند. اين شيوه‌هاي مختلف طراحي محيطهايي را با مجموعه‌اي از متدولوژي و ابزاهاي مختلف CAD پديد مي‌آورند.
در طول يك دهه گذشته، انواع مختلفي از سخت افزارهاي قابل برنامه ريزي به سرعت پيشرفت كرده‌اند. اين قطعات نام‌هاي مختلفي دارند مثل سخت افزار قابل آرايش مجدد، سخت افزار قابل آرايش، سخت افزار قابل برنامه ريزي مجدد.
ايده اصلي و زير بنايي معماري FPGA و CPLD بسيار ساده است. به طوري كلي ميتوان مدارهاي تركيبي و ترتيبي را مستقيماً روي بستر سيليكون ايجاد كرد. تراشه‌هاي ASIC با اينكه كارايي بالايي دارند اما تنها مي‌توانند يك نوع عمليات را انجام دهند.
از آنجايي كه امكان توزيع هزينه توسعه بين چند كاربر وجود ندارد، قيمت ASIC ها معمولاً بيش از سيستمهاي مبتني بر ريز پردازنده معمولي مي‌شود.
تكنولوژي تراشه‌هاي قابل برنامه‌ريزي
قابليت برنامه ريزي شدن مدارات مختلف و اتصالات متفاوت بر روي PLD به دليل سوئيچهاي قابل برنامه ريزي است كه در اين تراشه وجود دارد، اين سوئيچ‌ها مي‌بايست علاوه بر اشغال فضاي بسيار كم داراي كمترين تأخير زماني باشند بطور كلي سوئيچهاي قابل برنامه ريزي در PLD با استفاده از سه نوع تكنولوژي قابل پياده سازي است.
1-استفاده از Anti – Fuse
2-استفاده از سلولهاي حافظه موقت Sram
3-استفاده از گيتهاي شناور EEPROM يا EPROM
Anti – Fuse
خصوصيت اصلي Anti – Fuseها تنها يك بار قابليت برنامه‌ريزي بودن، اشغال فضاي كم و بالا بودن فركانس كاري، به دليل پايين بودن اثر مقاومتي و ظرفيت خازني آنها است.
عيب اصلي اين روش نداشتن قابليت برنامه ريزي مجدد است و زماني كه يك بار برنامه‌ريزي گردد ديگر به حالت اوليه برنمي‌گردد و مزيت اصلي آن فركانس كاري بالا و اشغال فضاي كم آن است اين نوع PLDها نسبت به انواع ديگر PLDها نسبتاً گرانتر هستند.
SRAM
در روش SRAM از سلولهاي حافظه به دو طريق استفاده مي‌شود، در روش اول از يك سلول حافظه براي كنترل روشن يا خاموش شدن يك ترانزيستور استفاده مي‌گردد كه در اين حالت خروجي سلول حافظه به بيس ترانزيستور يا گيت فت متصل مي شود، با روشن يا خاموش شدن ترانزيستور يك مسير وصل يا قطع مي‌شود. در روش دوم سلول حافظه به وروديهاي انتخاب مالتي پلكسر وصل مي‌شود. در اين حالت با صفر يا يك شدن سلول حافظه مسير خطوط عوض مي‌شود، مهمترين عيب اين روش پاك شدن برنامه ريزي با قطع تغذيه مي‌باشد، تراشه‌هايي كه با اين روش برنامه ريزي مي‌گردند، مي‌بايست با استفاده از يك سيستم جانبي با هر بار وصل شدن تغذيه تراشه برنامه ريزي گردد، اين روش نسبت به روش Anti – Fuse فضاي بيشتري اشغال مي‌كند و تأخير زماني نيز بيشتر است.
روش برنامه ريزي EEPROM يا EPROM
مهمترين مزيت اين روش پاك نشدن برنامه ريزي با قطع برق مهمترين عيب آن اشغال فضاي زياد اين نوع ساختار سوئيچ مي‌باشد.
تقسيم بندي PLDها
PLDها شامل قطعات كم ظرفيت و پرظرفيت مي‌باشند. PLDهاي كم ظرفيت (ساده ) معمولاً كمتر از 600 گيت قابل استفاده دارند و شامل محصولاتي چون PALها و GALها مي‌شوند.
تحقیق FPGA & CPLD زبان برنامه نويسي VHDL