3.4 Программируемые связи логических блоков.

Для того что бы в ПЛИС начала функционировать необходимая цифровая схема , нужно сконфигурировать логические блоки которые мы имеем специальным образом, а так же необходимо создать и запрограммировать связи между логическими блоками.

В ПЛИС для этого имеются особые конфигурируемые коммутаторы.

В технической документации на английском языке не редко встречаются такие термины: FPGA Routing Architecture и Programmable Routing Interconnect. Это обозначение программируемых связей между логическими блоками.

Известны две базовые методики конфигурации ПЛИС по типу архитектуры связей: иерархическая и островная.

Рис. 6. Островная архитектура ПЛИС.

Островная FGPA имеет такое название потому, что создаваемые блоки все между собой равны и находятся, «как острова в океане», между узлами коммутации и линиями связи.

На Рис. 6 обозначаются «острова» CB – Connection Box и SB – Switch Box. По сути это это есть программируемые мультиплексоры, подключающие тот или иной CLB к другому CLB через определенные проводные соединения в ПЛИС.

Это так называемый island-style FPGA или же по-другому mesh-based FPGA. Примером таких типичных микросхем может служить серии Altera Cyclone и Stratix.

Другой известный тип ПЛИС – это иерархические ПЛИС. Расчет идет на то, что в схеме всегда имеются зоны которые взаимодействуют друг с другом наиболее тесно, чем с другими отдаленными модулями проекта.

Рис. 7. Иерархическая ПЛИС.

Как видно на рисунке близлежащие CLB соединить очень просто, необходимо не много коммутаторов и полученные связи работают достаточно быстро. Но если необходим значительно большой блок вычислителей, то сигналу необходимо выйти на более высокую степень иерархии а затем зайти вглубь в соседнюю «комнату».

Говорить о том что данный метод хуже, чем island-style, нельзя. Так как каждый метод имеет свои достоинства и недостатки.

Типичные представители ПЛИС с иерархичным строением – это микросхемы Альтера серии Flex10K, APEX.

3.4 Компилятор для проектирования плис.

ПО (программное обеспечение) для проектирования ПЛИС, конкретно компилятор (синтезатор логики и фиттер и ассемблер) – самая сложная часть всей ПЛИС технологии.

Компилятору нужно проанализировать разработаный проект (текстовые описания и схемы реализованный на Verilog HDL или VHDL ) и сгенерировать нетлист (netlist) – наименования всех компонентов схемы и связи между ними. Netlist должен быть правильно оптимизирован – логические функции необходимо минимизировать, продублированные регистры необходимо удалить.

После этого компилятор должен поместить всю спроектированную логику из netlist в имеющуюся архитектуру ПЛИС. Этим занимается фиттер (fitter). Он размещает логические элементы и выполняет трассировку связей между ними (процесс называется place and route). Трудность заключается в том, что сущствуют разные способы размещения проектав ПЛИС и таких способов миллионы. Некоторое размещение и трассировка могут быть лучше, другие хуже. Главный критерий качества полученной системы – максимальная рабочая частота, на которой сможет работать проект при таком размещении элементов и при данной трассировке связей. На это оказывает влияние длина соединений между логическими блоками и число программируемых коммутаторов между ними.

Компилятор выдает отчет о времени проходдения сигналов от регистра до регистра по результатам работы. Такая информация является часто полезной для разработчика высокопроизводительных систем. Разработчик для ПЛИС имеет возможность корректировать работу компилятора, давать ему советы, где в каком месте кристалла лучше расположить определенный модуль проекта.

При выборе для своего проекта, для своей разрабатываемой платы определенные микросхемы ПЛИС разработчик в какой-то мере попадает в зависимость от производителя данной ПЛИС, так как в работе обязан пользоваться ПО от этого же производителя.

Программное обеспечение компании Альтера: Quartus II. ПО Xilinx для проектирования для ПЛИС: ISE Suite, Vivaldo Design Suite. ПО компании Microsemi: Libero IDE, Libero SoC.

Программное обеспечение, компиляторы для ПЛИС – это, возможно, важнейшая составляющая интеллектуальной собственности компаний производителей ПЛИС.