1.2 Особливості проектування цифрових пристроїв на базі пліс.

Процес проектування і виготовлення цифрових пристроїв традиційним способом, тобто на основі стандартних інтегральних схем комбінаційного і послідовних типів малої і середньої ступені інтеграції, є вузькоспеціалізованим. Це означає, що фахівці, що беруть участь в процесі створення пристроїв цифрової техніки, виконують певні індивідуальні функції в цьому процесі. Сам процес створення складається з проектних стадій, стадій підготовки виробництва, відпрацювання технології та ін. Аналогічної складністю характеризується і процес створення цифрових пристроїв на основі спеціалізованих інтегральних схем високого ступеня інтеграції. Використання ж ПЛІС дозволяє істотно скоротити обсяг цих стадій, фактично звести їх тільки до етапів проектування з допомогою ЕОМ.

Істотною перевагою ПЛІС є їх універсальність і можливість швидкого програмування під виконання функцій практично будь-якого цифрового пристрою. ПЛІС є напівфабрикат, на основі якого розробник, що володіє персональним комп'ютером, нескладними і відносно недорогими апаратними засобами програмування і спеціальним програмним забезпеченням, званим системою автоматизованого проектування (САПР), має можливість проектування цифрового пристрою в рекордно короткі терміни. При цьому весь цикл проектування та програмування доступний всього одній людині - проектувальнику цифрових пристроїв на базі ПЛІС.

Всі сучасні САПР ПЛІС працюють під управлінням операційних систем сімейства Windows і використовують всі переваги її графічного інтерфейсу. Фірми-виробники інтегральних схем ПЛІС здійснюють звичайно підтримку своєї продукції шляхом розробки та розповсюдження таких САПР. Проектування ПЛІС в системі САПР передбачає виконання таких етапів:

1. розробка структурної формули проектованого цифрового пристрою, її мінімізація та адаптація під тип і можливості використовуваної ПЛІС (для цих цілей використовуються методи, розглянуті в попередніх розділах);

2. створення нового файлу проекту, призначення сімейства ПЛІС для проекту;

3. введення структурної формули або схеми проектованого пристрою за допомогою спеціальних програм - редакторів;

4. компіляція введеної структурної формули або схеми, тобто отримання бітової послідовності завантажується в ПЛІС програми;

5. часовий аналіз затримок в окремих елементах та перевірка працездатності всієї структури цифрового пристрою шляхом моделювання за допомогою спеціальних програм - симуляторів;

6. програмування мікросхеми ПЛІС за допомогою спеціальних апаратних засобів - програматорів.

Проектувальнику в системі САПР доступні зазвичай великі програмні бібліотеки, які визначають функції типових інтегральних схем ТТЛ і КМОП типів. Це дозволяє синтезувати схему цифрового пристрою не тільки в певному базисі, тобто з елементарних функцій І, АБО, НЕ, але і використовуючи готовий програмний аналог існуючих реальних мікросхем. Широкі можливості при проектуванні надає глобальна мережа Internet, через яку здійснюється поширення спеціально розробляються бібліотек компонентів, що не є в стандартних версіях САПР. Для завдання схеми проектованого на базі ПЛІС цифрового пристрою широко використовуються мови опису апаратних засобів, у загальному випадку звані HDL (hardware device language). За допомогою операторів такої мови можна задати типи комбінаційних або послідовних пристроїв, сформулювати вхідні дії на них і зв'язки між ними, визначити константи і змінні в проекті і т.д.

Серед лідерів у виробництві ПЛІС і САПР для них на сьогоднішній день можна виділити такі фірми, як Altera Corporation, Xilinx і Actel Corporation. На їх частку припадає до 80% від загального виробництва ПЛІС, швидкодія яких на сьогоднішній день досягла порядку сотень МГц, ємність програмованих матриць І - кількох мільйонів елементів, а вартість знизилася до десятків у.о. Все це, плюс найкоротші терміни проектування, висока надійність, яка пояснюється високим ступенем інтеграції окремих елементів в єдиному кристалі напівпровідника і, як наслідок, мінімальна кількість зовнішніх міжз’єднань, робить ПЛІС кращою елементної базою в порівнянні зі стандартними логічними мікросхемами комбінаційного і послідовних типів.