Немного о ПЛИСах

Опубликовано 13.08.2011 Ведущий Филипп Болгов

Программируемые логические интегральные схемы, или как их чаще всего называют ПЛИС’ы – загадочные устройства, знаком с которыми далеко не каждый. Хотя на вид они не представляют из себя ничего особенного – микросхема как микросхема….
Однако в последнее время тема ПЛИС становится довольно популярной, потому как фактически эта технология дает возможность самостоятельно разработать свою микросхему со своей собственной архитектурой.
ПЛИС - это большие интегральные микросхемы матричного типа, позволяющие программным способом реализовать логические функции большой сложности. Физическим ограничением быстродействия присущей всем традиционным архитектурам процессоров является последовательное выполнение команд. Всевозможные ухищрения вроде суперскалярности, мультиконвейрности, многоядерности не сильно скрашивают эту картину. Архитектура ПЛИС имеют потенциально большее быстродействие по сравнению с микроконтроллерами и DSP процессорами, а объясняется это возможностью аппаратного распараллеливания вычислений.
Но все-таки тенденция развития ПЛИС заключается не в конкуренции с микропроцессорами. Современный подход к проектированию сложных систем заключается, скорее, в удачном совмещении архитектур ПЛИС и процессоров. При этом происходит органичное дополнение: возможность скоростной обработки данных в реальном времени; реализации узкоспециальных алгоритмов, с жесткими временными диаграммами; большое число пользовательских выводов с широкими возможностями процессоров для решения математических и алгоритмических задач.
Другой областью применения ПЛИС является построения высокоскоростных систем ввода/вывода данных, благодаря встроенным скоростным приемопередатчикам, а также большому количеству пользовательских выводов (современные ПЛИС имеют более 1000 пользовательских выводов!) что делает их, зачастую, единственно приемлемым решением.
И еще одной важной областью применения ПЛИС является прототипирование заказных СБИС (ASIC), когда проект сначала реализуется на ПЛИС, а затем переводится в базис заказной микросхемы.
Таким образом можно перечислить основные области применения ПЛИС:
- Высокоскоростная обработка данных;
- Алгоритмы ЦОС, особенно где требуется обработка данных в реальном времени;
- Задачи обработки информации, требующие большого количества пользовательских выводов;
- Промежуточных этап проектирования СБИС;
- Узкоспециальные алгоритмы, построенные на жестких временных диаграммах;
- Проекты, где требуется большое число портов ввода-вывода.
На данный момент основными производителями ПЛИС являются: Xilinx, Altera, Actel и Lattice. Каждый из производителей выпускает несколько серий таких микросхем, каждая из которых будет наиболее эффективна в своей области применения.