1. Programabilna digitalna kola

2. Klasifikacija IC IC projektovana za datu primenu Arhitektura mikrosistema

3. Full-Custom ASIC • Projektovanje do nivoa layout-a • Vremenski zahtveno • Mogućnost postizanja visokih performansi • Projekat IC-a se dostavlja fabrici poluprovodnika gde se IC fabrikuje • Skupa tehnologija (visoki fiksni, početni troškovi) • Tipičan projekat traje više meseci Arhitektura mikrosistema

4. Standard-cell ASIC • IC se konstruiše od pred-projektovanih modula (standardnih ćelija) • Standardne ćelije se projektuju u full-custom tehn. (neko drugi ih projektuje) • Manji rizik i ušteda u vremenu • Postoji i veće ćelije (mikroprocesori i sl. - tzv. hard-cores) Arhitektura mikrosistema

5. Standard-cell ASIC • Ćelija (različitih dužina) se kao cigle u zidu raspoređuju u redove • Većina veza prolazi kroz kanale između redova, mada neke ćelije mogu služiti kao prolazi između redova Arhitektura mikrosistema

6. Gate-Array ASIC • IC je delimično fabrikovano (ćelije, napajanje ćelija i sl.) • Kada se projekat IC-a dostavi fabrici, IC se dorađuje nanošenjem slojevi metala (radi povezivanja tranzistora) • Smanjeno vreme fabrikacije • Niži troškovi Arhitektura mikrosistema

7. PLD • Standardna IC, dostupna u standardnim pakovanjima i proizvedena u velikim serijama • Mogućnost konfigurisanja/programiranja radi realizacije specijalizovanog kola Arhitektura mikrosistema

8. PLD • Klasifikacija: • SPLD (Simple PLD): PLA + PAL + ROM • CPLD (Complex PLD) • FPGA (Field-Programmable Gate Array) Arhitektura mikrosistema

9. PLA • Bolova algebra: Svaka logička funkcija se može predstaviti u vidu zbira logičkih proizvoda. Npr. f1 = x1’x2x3’ + x2x4’ + x1x4 • PLA: dve programabilne mreže: • AND – realizuje logičke proizvode • OR – sumira logičke proizvode Arhitektura mikrosistema

10. PLA (unutrašnja struktura) • f1= x1x2 + x1x3` + x1`x2`x3. • f2 = x1x2 + x1`x2`x3 + x1x3 Simbolički prikaz Arhitektura mikrosistema

11. PAL • AND mreža programabilna, OR mreža fiksna f1 = x1x2x3` + x1`x2x3 f2 = x1`x2` + x1x2x3 Arhitektura mikrosistema

12. ROM • AND mreža fiksna, OR mreža programabilna • AND matrica ima funkciju binaranog dekodera n/2n (generator minterma) • Mogućnost realizacije proizvoljen funkcije n promenljvih Arhitektura mikrosistema

13. PAL 16L8 (kombinacioni izlazi) Arhitektura mikrosistema

14. Programiranje SPLD kola Arhitektura mikrosistema

15. CPLD • Sadrži više logičkih blokova (PAL ili PLA strukture) međusobno povezanih programabilnom prekidačkom matricom. • U/I blokovi za spregu sa pinovima kola. Arhitektura mikrosistema

16. FPGA • PLD kola najvećeg logičkog kapaciteta (od 10K do 1M ekvivalentnih gejtva) • Zasnovani na logičkim blokovima (a ne na prekidačkim mrežama) • Dodatno sadrže ugrađenu RAM memoriju i specijalizovane module, kao što su množači, komunikacioni kontroleri i sl. • Omogućavaju realizaciju sistema na čipu (zasnovanih na mikroprocesoru) Arhitektura mikrosistema

17. FPGA (logički blok) • Logički blok: • LUT - univerzalni logički blok sa malim brojem ulaza (n = 4-6) i jednim izlazom. • Realizuje se kao RAM 2nx1. Sadržaj RAM-a definiše logičku funkciju. Dvoulazni LUT – može da realizuje proizvoljnu funkciju dve promenljive Arhitektura mikrosistema

18. FPGA (LUT – realizacija funkcije) Arhitektura mikrosistema

19. FPGA (realizacija složenijih funkcija) f = f1 + f2 = x1x2 + x2’x3. Arhitektura mikrosistema

20. ASIC vs. FPGA Visoki troškovi pripreme proizvodnje za ASIC dizajn Arhitektura mikrosistema

21. ASIC v.s. FPGA Arhitektura mikrosistema

22. ASIC vs. FPGA FPGA: Skraćeno vreme projektovanja i realizacije Arhitektura mikrosistema

23. Time-to-Market ! Novi proizvodi brže dostižu masovnu proizvodnju i kraće vreme ostaju na tržištu Arhitektura mikrosistema

24. Novi projekti Arhitektura mikrosistema

25. ASIC v.s. PLD Arhitektura mikrosistema

26. Proizvođači Arhitektura mikrosistema

27. Logički kapacitet FPGA kola Arhitektura mikrosistema

28. Evolucija FPGA kola Arhitektura mikrosistema

29. Savrmene FPGA arhitekture Arhitektura mikrosistema

30. Programabilni prekidač - ključni element PLD kola Arhitektura mikrosistema

31. Tehnologije programiranja Volatile = Nepostojanost Arhitektura mikrosistema

32. ˝Floating_Gate˝ tehnologija • Postojanost, reprogramabilnost • Primena kod SPLD, CPLD Arhitektura mikrosistema

33. SRAM tehnologija • Nepostojanost, reprogramabilnost Arhitektura mikrosistema

34. SRAM tehnologija • Pass tranzistor + SRAM ćelija • Multiplekser + SRAM ćelija(e) Arhitektura mikrosistema

35. Antifuze • Sturktura: provodnik-dijalektrik-provodnik • Programiranjem postaje permanentni spoj Arhitektura mikrosistema

36. Programiranje ˝izvan sistema˝ - SPLD Arhitektura mikrosistema

37. Programiranje ˝u sistemu˝ - CPLD/FPGA Arhitektura mikrosistema

38. Programiranje FPGA kola zasnovanih na SRAM tehnologiji Arhitektura mikrosistema

39. CPLD • CPLD = Complex PLD • CPLD = više SPLD blokova na jednom čipu Arhitektura mikrosistema

40. Tipična savremena CPLD komponeta(Altera MAX7128) • Ekvivalent 13 PAL komponenti na jednom čipu • Reprogramabilnost • 128 flip-flopova ili funkcionalnih blokova • Cena 10$ Arhitektura mikrosistema

41. CPLD Arhitektura Mreža za povezivanje Funkcionalni blok U/I blok Arhitektura mikrosistema

42. Altera MAX 7000 Arhitektura mikrosistema

43. Altera MAX 7000 - Makroćelija Arhitektura mikrosistema

44. Primena CPLD kola • Pogodni za sisteme koje karakteriše složene logičke funkcije sa malim brojem flip-flopova • Konačni automati, • Kontroleri • Zamena većeg broja SPLD kola jednim CPLD kolom • Sprežna logika (glue logic) • Prototipovi jednostavinh ASIC kola • Predvidljiv tajming Arhitektura mikrosistema

45. Proizvođači Arhitektura mikrosistema

46. FPGA • FPGA = Field Programmable Gate Arrays (gejtovska polja koja se programiraju ˝na terenu˝, tj. od strane krajnjeg korisnika) • Po strukturi sličnija ASIC gejtovskim poljima nego PAL-u i dugim SPLD ili CPLD kolima, zasnovanim na programabilnim AND/OR matricama. Arhitektura mikrosistema

47. SPLD - FPGA - ASIC Visok stepen konfigurabilnosti, kratko vreme projektovanja i implementacije, ali samo za jednostavan dizajn Veliki i složen dizajn, ali nepromenljiva nakon fabrikacije, skupo i dugotrajno projektovanjei fabrikacija FPGA Xilinx ‘84 Arhitektura mikrosistema

48. Prva FPGA kola • CMOS i SRAM tehnologija • 3-ulazni LUT + FF + MUX • Savremena FPGA kola su mnogo složenija Arhitektura mikrosistema

49. FPGA arhitektura • Konfigurabilni logički blokovi, raspoređeni u dvodimenziono polje • U/I blokovi, raspoređeni po obodu kola • Programabilna sprežna mreža smeštena u kanalima između logičkih blokova Arhitektura mikrosistema

50. Granularnost FPGA arhitekture • Odnosi se na složenost logičkog bloka • Fina - samo jednostavne funkcije (npr. 3-ulazni NAND) • Srednja - složenija struktura i funkcionalnost (npr. 4-ulazni LUT, 4 MUX, 4 D FF u jednom bloku) • Gruba - pored logičkih blokova arhitektura sadrži i namenske specijalizovane module, npr. FFT, mikroprocesor. • Sredinom 90-tih, ahitekture srednje granularnosti su potisnule arhitekture fine granularnosti Arhitektura mikrosistema