Соединений

В соответствии с этим критерием выделяют СБИС ПЛ, имеющие плоскую (одноуровневую) структуру и многоуровневую (иерархическую) структуру (см. рис.4.9).

Puc. 4.9 Способы организации внутренней структуры СБИС ПЛ

Одноуровневые СБИС содержат простейшие функциональные преобразователи, организованные в виде матрицы или линейки, и единую для всей СБИС матрицу соединений функциональных преобразователей (см. рис. 4.10), разделенную узлами коммутации.

Рис. 4.10 Структуры одноуровневой СБИС ПЛ

Элементами структуры СБИС ПЛ с иерархической организацией являются функциональные (логические) блоки, объединяющие, в зависимости от числа

уровней иерархии, либо простейшие функциональные преобразователи (двухуровневая структура), либо более простые функциональные блоки (многоуровневая структура). Для таких СБИС характерно наличие как глобальной матрицы соединений - матрицы соединений логических блоков, так и локальных матриц соединений - матриц соединения функциональных преобразователей внутри логических блоков (см. рис. 4.11).

Матрица соединений

ЛБ-логический блок

ФП - функциональный преобразователь ЛМС - локальная матрица соединений

а) общий вид

Одномерно непрерывная матрица соединении

б) организация матриц соединения

Рис. 4.11 Структура двухуровневой СБИС ПЛ

Структурная организация СБИС ПЛ определяет особенности построения матрицы (или матриц) соединения и ее основные характеристики.

Отметим, что наиболее эффективным способом выполнения соединения функциональных преобразователей, обеспечивающим минимальную и хорошо предсказуемую задержку распространения сигнала, является использование выделенного для каждого соединения, непрерывного канала.

Однако, для одноуровневых СБИС, в которых необходимо обеспечить возможность соединения между собой до нескольких тысяч простейших функциональных преобразователей, подобный подход неэффективен, так как требует слишком большого числа проходящих через всю СБИС каналов, многие из которых будут соединять только соседние функциональные преобразователи. Поэтому в одноуровневых СБИС используют сегментированные матрицы соединений, состоящие из множества коротких горизонтальных и вертикальных отрезков, связанных узлами коммутации (см. рис. 4.10). Недостатками такого подхода являются увеличение задержки распространения сигнала, что обусловлено наличием узлов коммутации, а также непредсказуемость задержки и ее зависимость от выбранной трассы соединения. Отметим, что в одноуровневых СБИС ПЛ обычно имеется не одна, а несколько сегментированных матриц, отличающихся длиной сегментов: единичной длины, связывающих соседние функциональные преобразователи: двойной длины и т.д. при этом для распространения критичных к задержкам тактовых и управляющих сигналов используют проходящие через всю СБИС глобальные, непрерывные каналы.

Отметим, что одноуровневые СБИС ПЛ, имеющие сегментированную матрицу соединений, в англоязычной литературе обычно называют Field Programmable Gate Arrays (FPGA).

В многоуровневых, в частности двухуровневых, СБИС ПЛ число функциональных преобразователей в логических блоках обычно невелико и расположены они компактно, поэтому локальные матрицы соединений являются непрерывными, т.е. содержат непрерывные каналы, обеспечивающие соединение функциональных преобразователей в рамках логического блока и обуславливают меньшую по сравнению с одноуровневой структурой задержку распространения сигнала. Глобальная матрица соединений является либо полностью непрерывной, если число логических блоков не велико, либо одномерно-непрерывной, т.е. непрерывной по строкам и по столбцам (см. рис. 4.11). В целом такую структуру организации связи называют непрерывной структурой соединений.