Logiche programmabili. Dispositivi Programmabili. Logiche programmabili - Modalità di programmazione. Connessioni

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1 Logihe progrmmili ispositivi Progrmmili ispositivi Progrmmili: lle ROM i CPL Introduzione ROM (Red Only Memory) (Progrmmle Logi Arry) PAL (Progrmmle Arry Logi) e PAL vnzte CPL(Complex Progrmmle Logi evies) Sono dispositivi hrdwre he mettono disposizione omponenti logii più o meno omplessi he possono essere onnessi tr loro (progrmmzione delle onnessioni) seond delle esigenze di progetto ispongono di: Componenti logii (Porte logihe, Flip-flop, Buffer ) Linee di onnessione Tipologie di dispositivi progrmmili ROM,, PAL: dispositivi logii progrmmili 2 livelli il termine 2 livelli indi he il dispositivo se è ostituito d 1 sezione e d 1 sezione disgiunte CPL. FPGA Non trttte in quest presentzione Logihe progrmmili - Modlità di progrmmzione Progrmmili un sol volt (One-Time Progrmmle - OTP) - durnte l fse non ttiv del dispositivo Fuse: le onnessioni tr le linee sono inizilmente tutte ttive. L fse di progrmmzione disttiv permnentemente le onnessioni non utili. Antifuse: Le onnessioni tr le linee sono inizilmente tutte non ttive. L fse di progrmmzione ttiv permnentemente le onnessioni utili. Riprogrmmili (Reprogrmmle) - durnte l fse non ttiv del dispositivo E 2 PROM: Le onnessioni tr le linee, inizilmente tutte non ttive, possono essere ttivte e disttivte elettrimente (deposito di ri per onduzione) SRAM: L onnessione tr le linee, inizilmente tutte non ttive, viene relizzt memorizzndo nell ell di RAM stti il vlore 0 o 1 (mggiore veloità di progrmmzione rispetto ll tenologi E 2 PROM) Rionfigurili (Reonfigurle) - durnte l fse ttiv del dispositivo SRAM: oltre d un elevt veloità di progrmmzione, è rihiest nhe l possiilità di intervenire seprtmente su prti del dispositivo. gloli line he ttrvers uon prte del dispositivo e he è ondivis d molti elementi logii (elevti ritrdi, può essere ust ome usit di un solo elemento logio limitndone l flessiilità) sono rtteristihe dei dispositivi logii progrmmili 2 livelli (Red-Only Memory - ROM, Progrmmle Logi Arry -, Progrmmle Arry Logi - PAL) e dei Complex Progrmmle Logi evies (CPL). loli e distriuite Line he ttrvers un prte ridott del dispositivo e he è ondivis d pohi elementi logii (ritrdi ontenuti, oesistenz di differenti linee di lunghezz differente, quindi elevt flessiilità) sono rtteristihe dei Field Progrmmle Gte Arry (FPGA)

2 Logihe progrmmili 2 livelli Logihe progrmmili 2 livelli Relizzno funzioni 2 livelli on n ingressi e m usite = (x 1, x 2,..., x n ) on i={1, 2,..., m} Not: si possono relizzre nhe funzioni più livelli retrozionndo ingresso ed usite (si ved in seguito). ispongono di: Un numero di ingressi fissto; Un numero di usite fissto; Un pino, per l ostruzione dei mintermini o implinti; Un pino, per l somm dei mintermini o implinti; Buffer di ingresso e di usit (per rgioni elettrihe e funzionli). In seguito, negli shemi logii, i uffer non srnno riportti per omodità seene sino sempre presenti Ingresso X 1 X 2 X n Input Buffers Buffers f m Usit Red-Only Memory (ROM) fissto. Implement tutti i possiili mintermini (deoder). di dttile. Progrmmle Logi Arry () progrmmile. E dto il numero di termini prodotto generili, si progrmmno solo i mintermini/implinti neessri. progrmmile. Progrmmle Arry Logi (PAL) progrmmile. E dto il numero di termini prodotto generili, si progrmmno solo i mintermini/implinti neessri. di fissto. Ogni funzione () può essere ostruit solo on un erto sottoinsieme (lto) di termini prodotto Logihe progrmmili 2 livelli Red-Only Memory (ROM) Cmpi di pplizione: Reti omintorie due livelli non ottimizzte: Red-Only Memory (ROM) Anhe e PAL. Reti omintorie due livelli ottimizzte: Progrmmle Logi Arry (), Progrmmle Arry Logi (PAL). Reti omintorie multi livello ostituite d reti due livelli ottimizzte: e PAL on retrozione Mhine Sequenzili Sinrone on reti omintorie multi livello ostituite d reti due livelli ottimizzte: e PAL on retrozione e registri Un Memori Sol Lettur (ROM) implement l prim form noni di m funzioni n ingressi. Somm di Prodotti (SOP) In un ROM, un onfigurzione di ingresso, denomint indirizzo, è ssoit un onfigurzione di usit, denomint prol. Indirizzo = onfigurzione delle vriili di ingresso X 1 X 2 X n eodifitore degli Indirizzi - Fissto - progrmmile Prol seleziont = mintermine f m Prol (ontenuto dell) = vlore delle funzioni in orrispondenz del mintermine

3 Red-Only Memory (ROM) Red-Only Memory (ROM) eodifitore degli indirizzi (Address deoder) Il deodifitore degli indirizzi nelle memorie ROM relizz tutti i 2 n mintermini, dove n sono le vriili di ingresso x i Inftti Gli ingressi sono le vriili x i Un ed un sol usit è ttiv ll volt; le usite del deoder sono tutti i mintermini ostruiti prtire dlle vriili di ingresso Esempio di deodifitore 3 ingressi: Esempio: x 1 x 2 x 3 = 111 x 1 x 2 x n Shem logio del pino di he implement l Address eoder Per sempliità si utilizz l rppresentzione he si riferise l deoder. I I I I I I Signifito: ogni roett indi quli vriili sono oinvolte, il tipo di port (es: ) indi shemtimente ome tli vriili ollegte tr loro. Address eoder Red-Only Memory (ROM) Red-Only Memory (ROM) Shem logio di un ROM: Esempio di un ROM 3 ingressi e 4 usite (non progrmmt). x 1 x ROM Esempio: Prim form noni dell funzione più usite: = = + + f 3 = f 4 = = Tell dell verità dell funzione più usite: x 3 Address eoder 111 f 3 f 4 Progrmmili f 3 f

4 Red-Only Memory (ROM) Progrmmle Logi Arry () Esempio (ont.): Relizzzione dell funzione più usite (spetto logio): f 3 f f 3 f 4 Un Arry Logio Progrmmile (Progrmmle Logi Arry - ) onsente di implementre un somm di prodotti espress in form minim due livelli (somm di implinti). Not: l estensione forme non minime è nturle. In generle un è definit d: numero di ingressi (n vriili delle funzioni), numero dei termini prodotto generili, numero di usite (n di funzioni relizzili) ingressi X 1 X 2 X n progrmmile termini prodotto progrmmile f m usite Progrmmle Logi Arry () Progrmmle Logi Arry () Shem logio di un Esempio di 3 ingressi, 2 usite, 4 termini prodotto (non progrmmt): I I I I I I P 1 P 2 P 3 P 4 f1 Progrmmili Esempio 1: Relizzzione delle funzioni: = + + = + + Prodotti: P 1 = P 2 = P 3 = P 4 = Somme: Formto : = P 1 + P 3 + P 4 = P 1 + P 2 + P

5 Progrmmle Logi Arry () Progrmmle Logi Arry () Esempio 1 (ont.): ( progrmmt per le funzioni ed ) Formto : I I I I I I P 1 P 2 P 3 P 4 Esempio 2: Prim form noni dell funzione più usite: = = + + f 3 = f 4 = = Funzione più usite ottimizzt (espressioni logihe): = ++ = f 3 = f 4 = + + = + Formto : Progrmmle Logi Arry () Progrmmle Arry Logi (PAL) Esempio (ont.): Formto : termini prodotto di ui 9 diversi f 3 f 4 Un Arry Progrmmile Logio (PAL) onsente di implementre un somm di prodotti espress in form minim due livelli (somm di implinti). e PAL oprono lo stesso spzio d pplizione. In generle un PAL è definit d: numero di ingressi (n vriili delle funzioni), numero dei termini prodotto generili, numero di usite (n di funzioni relizzili) Il pino fissto nse d un trde-off tr il n di ingressi per e il n di X 1 X 2 X n progrmmile fissto f m

6 Progrmmle Arry Logi (PAL) e PAL Shem logio di un PAL Esempio di PAL 3 ingressi, 4 termini prodotto, 2 usite (non progrmmt): PAL I I! I I! I I! P 1 P 2 P 3 P 4 Progrmmili Fisse Nelle, le usite possono ondividere termini prodotto Nelle PAL, le usite non possono ondividere termini prodotto A pri funzionlità d implementre, in so di possiilità di ondivisione di termini prodotto, l sezione di un PAL deve essere più grnde (termini prodotto repliti) di quell di un Le sono più lente delle PAL us dell progrmmilità dell sezione : le onnessioni fuse-se, o omunque progrmmte, presentno un resistenz mggiore rispetto quelle lte e PAL Avnzte e PAL Avnzte: retrozione e PAL onsentono di relizzre solo reti omintorie due livelli. Questo limite è superto: Introduendo delle linee di retrozione Permette di implementre reti omintorie multi livello più usite. Introduendo elementi di memori (istili) Permette di implementre mhine sequenzili sinrone in ui l prte omintori è ostituit d un rete multi livello più usite. Esempio di implementzione di un rete omintori multi livello più usite. B C E A v3 =! +!C; A B v2 =!C +!A; V1 =!v3 +!B; v4 =!E +!v3; v3 =! +!C; V1 =!v3 +!B; =!v1 +!v2; Z =!v4 +!v1; Z C E v4 =!E +!v3; v2 =!C +!A; =!v1 +!v2; Z =!v4 +!v1; Z

7 e PAL Avnzte: retrozione e PAL Avnzte: struttur generle Esempio (ont): A iretto e on Retrozione Struttur logi dei dispositivi vnzti sti su PAL on retrozione e istili (per FSM) A B C E v3 =! +!C; V1 =!v3 +!B; v4 =!E +!v3; v2 =!C +!A; =!v1 +!v2; Z =!v4 +!v1; Z B C E V2 V3 V1 V4 Z Primry Inputs iretto e on Retrozione Feed-k Input Clok Q Cell di usit selet Feed-k enle e PAL Avnzte: Esempio e PAL Avnzte: Esempio Esempio: relizzzione delle mhin stti identifit dlle espressioni logihe seguenti dove ; sono gli ingressi primri, è l usit, ed S 1 ;S 2 sono i it meno signifitivo e più signifitivo dello stto: = s 1! + s 2 +!s 2 s 1 * = s 1! + s 2 + s 1 s 2 * = s 1!! + s 2! +!s 1 Si roglie il fttore g = s 1! + s 2 Ottenendo = s 1! + s 2 +!s 2 = (s 1! + s 2 ) +!s 2 = g +!s 2 s 1 * = s 1! + s 2 + s 1 = (s 1! + s 2 ) + s 1 d = g + s 1 s 2 * = s 1!! + s 2! +!s 1 =!(s 1! + s 2 ) +!s 1 = s 1!g +!s 1 Tle form può essere relizzt grzie ll retrozione disponiile e gli elementi di memori presenti. Le funzioni d relizzre, di trnsizione e d usit, sono: g= s 1! + s 2 = s 1!+s 2 +!s 2 = (s 1!+s 2 )+!s 2 = g+!s 2 s * 1 = s 1!+s 2 +s 1 = (s 1!+s 2 )+s 1 d= g+s 1 s * 2 = s 1!!+s 2!+!s 1 =!(s 1!+s 2 )+!s 1 = s 1!g+!s 1 L prim funzione è utilizzt in retrozione per relizzre le rimnenti L rete è più livelli ed utilizz elementi di memori FF. L uso di FF rende le funzioni di trnsizione uguli lle funzioni di eitzione. Stto presente: Q 1 = s 1 ; Q 2 = s 2 Stto futuro: 1 = s 1* ; 2 = s 2* ; Le funzioni d relizzre, di eitzione e d usit, sono: g = Q 1! + Q 2 = g +!Q 2 1 = g + Q 1 2 = Q 1!g +!Q

8 e PAL Avnzte: Esempio e PAL Avnzte: Esempio Lo shem logio è: iretto e on Retrozione Q2 Q1 ove le elle di usit sono onfigurte nel modo g seguente Clok Q selet enle Q1 g = Q 1! + Q 2 = g +!Q 2 1 = g + Q 1 g Clok Q selet enle 2 = Q 1!g +!Q 1 FF1 FF2 Clok Q selet Feed-k enle Complex Progrmmle Logi evies Complex Progrmmle Logi evies I ispositivi Logii Progrmmili Complessi (Complex Progrmmle Logi evies - CPL ) sono un evoluzione delle e PAL. Sono rtterizzti d: gloli. Logi onentrt. Rispetto PAL e : Hnno dimensioni molto mggiori. Sono ostituite d elle più omplesse. Consentono di ottenere prestzioni più elevte. Hnno un struttur più regolre e filmente progrmmile. L rhitettur generle è l seguente CPL Ingressi Interonnessioni Cell Logi Usite Q Q Q

9 Complex Progrmmle Logi evies Esempio: Cell logi dell Xilinx XC9500 Ingresso (36) Set/Reset Glole Clok Glole Set Usit Allotore dei termini prodotto Clok FF Reset