Классификация по уровню интеграции

Классификация по уровню интеграции (рис. 6) дана кратко и отражает, главным образом, ситуацию последних годов — бурный рост уровня интеграции ПЛИС и выделение из них класса "системы на кристалле". В силу связи между уровнем интеграции и архитектурой, классификация не являет­ся строгой, и в ней имеется некоторое смешение двух признаков, однако она принята в показанном виде ради соответствия практически сложившим­ся понятиям.

Рисунок 6. Классификация ПЛИС по уровню интеграции.

ПЛИС с широким диапазоном изменения уровня интеграции (от простых до содержащих сотни тысяч вентилей) отнесены к "досистемным" в том смысле, что для них не рассматривались вопросы создания целых систем на одном кристалле.

ПЛИС мегавентильного уровня интеграции отнесены к "системам на кристалле", обозначаемым далее как SOPC (Systems On Programmable Chip). Заметим, что для программируемых систем на кристалле разные фирмы, как правило, используют свои обозначения (PSOC, CSOC, FIPSOC и т. д.), регистрируемые как товарные знаки. Для обобщающего термина принято обозначение SOPC, введенное в обиход фирмой Altera.

Класс SOPC делится на подклассы однородных и блочных систем на кристалле.

В однородных SOPC различные блоки системы реализуются одними и теми же аппаратными средствами, благодаря программируемости этих средств. При разработке систем используются так называемые "единицы интеллектуальной собственности "IP (Intellectual Properties), т. е. заранее реализованные параметризируемые мегафункции для создания тех или иных частей системы. Все блоки системы при этом являются полностью синтезируемыми, перемещаемыми и могут располагаться в разных областях кристалла. Создание IР стало важной сферой деятельности многих фирм, предлагающих на рынке широкий спектр разнообразных решений. Заметим, что приобретение IP обычно требует немалых затрат. Используя IP, проектировщик размещает на кристалле нужные ему блоки, которые будем называть soft-ядрами (Softcores).

Блочные SOPC имеют аппаратные ядра, т. е. специализированные области кристалла, выделенные для определенных функций. В этих областях созда­ется блоки неизменной структуры, спроектированные по методологии ASIC (как области типа БМК или схем со стандартными ячейками), оптимизиро­ванные для заданной функции и не имеющие средств ее программирования. Такие блоки будем называть hard-ядрами (Hardcores). Реализация функций специализированными аппаратными ядрами требует значительно, меньшей пощади кристалла в сравнении с реализациями на единых однородных программируемых средствах и улучшает другие характеристики схемы, в первую очередь, быстродействие блоков, но уменьшает универсальность ПЛИС. Снижение универсальности сужает круг потребителей ПЛИС, т. е. тиражность их производства, что, в противовес факторам, удешевляющим схему, ведет к их удорожанию. Преобладание того или иного из указанных факторов зависит от конкретной ситуации.

Кристаллы, содержащие как области ПЛИС, так и области ASIC, в различных источниках именуются по-разному.

Сейчас на рынке появилось большое число различных SOPC, и среди них наметились свои подклассы и проблемные ориентации. Не пытаясь детально классифицировать все варианты, целесообразно разделить блочные SOPC хотя бы на две группы: имеющие аппаратные ядра процессоров и не имеющие их. Первые представляют БИС/СБИС по-настоящему универсальные, т. к. одержат полный комплект блоков, характерных для микропроцессорной системы (имеется в виду цифровая часть системы, но следует отметить, что у некоторых SOPC есть и аналоговые блоки для ввода, предварительной об­работки и последующей оцифровки аналоговых сигналов). Вторые специализированы и ориентированы на те или иные конкретные приложения. Но и здесь нужно отметить наличие у некоторых SOPC второго типа интер­фейсных средств для сопряжения с процессором и ОЗУ различных типов, что облегчает построение целостных систем с применением таких SOPC.