Chapitre 4: Introduction à la logique programmable et ses outils de

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ELE3311– Systèmes logiques programmables
Philippe Levesque, Ph.D.
Chapitre 4: Introduction à la logique
programmable et ses outils de
développement
Introduction
Évolution de la technologique
Introduction des circuits programmables
Évolution des circuits programmables
Évolution des outils de développement
ELE3311– Systèmes logiques programmables P. Levesque
Introduction
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L'origine des différentes sortes de PLD est liée aux
résultats de recherche menés dans le milieu des
années 1960.
Au rythme d'un nouveau produit par mois, les progrès
dans ce domaine constituent une partie importante du
rayonnement du parc technologique Silicon Valley de
la Californie.
ASIC « Application Specific Integrated Circuits »
PLD « Programmable Logic Device » et outils.
Technologies de programmation
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Évolution de la technologie
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Depuis l’invention du transistor en 1947par Bell Labs et des
premiers circuits intégrés en 1958, l’évolution de la
technologie n’a pas cessé d’évoluer et continue de suivre la loi
de Moore.
À la fin des années 70,
les circuits SSI, MSI et LSI offrent plusieurs centaines de fonctions
générales qui peuvent être utilisées pour créer toutes sortes
d’applications en logique câblée
les microprocesseurs sont couramment utilisés ; ce qui a un impact sur
l’accélération du développement de la technologie des mémoires.
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Évolution de la technologie
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Item Année Nom du CPU Type de CPU Fréquence de
l’horloge (max)
Nombre de
transistors
Technologie de
lithographie
11968 Intel 4004 4 bits1740 kHz 2300 10 µm
21974
Intel 8080
(1975 : Microsoft
MITS Altair 8800 – PC)
8 bits12 MHz 4500 6 µm
31976
Intel 8086 (10 x 8080)
(1976 : Apple,
1979 : Motorola 16 bits)
16 bits110 MHz 29 000 3 µm
41982 (1981 : IBM PC, Intel iAPX432)
Intel 80286 (16-data, 24-add) 32 bits112 MHz 134 000 1,5 µm
51985 Intel 80386 32 bits116 MHz 275 000 1 µm
61989
(1988-1989 : Cyrix
Coprocesseurs)
Intel 80486
(1990 : spécificités)
32 bits 50 MHz 1,2 million 0,8 µm
71994 (1992 : 80486DX2)
Intel 80486DX4 32 bits 100 MHz 1,6 million 0,6 µm
Note 1 : Sans co-processeur mathémathique
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Évolution de la technologie
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Item Année Nom du CPU Type de CPU
Fréquence de
l’horloge
(max)
Nombre de
transistors
Technologie
de
lithographie
81996
(1993-1996)
Intel Pentium (80586)
(1995 : Cycix, P166+)
FSB max = 66 MHz
(1995 : Intel Pentium Pro
(L2))
32 bits 200 MHz 3,3 million 0,35 µm
91997
Intel Pentium MMX
FSB > 66 MHz
Pentium II (Pentium Pro +
MMX)
32 bits 300 MHz 4,5 million 0,35 µm
10 1998 Pentium II 32 bits 450 MHz 4,5 million 0,25 µm
11 1999 AMD Athlon / Intel Pentium
III 32 bits 1 GHz 28,1 million 0,18 µm
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Évolution de la technologie
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Item Année Nom du CPU Type de CPU
Fréquence de
l’horloge
(max)
Nombre de
transistors
Technologie
de
lithographie
12 2002 32 bits 2.2 GHz 42 million 0,13 µm
13 2004 64 bits 3,8 GHz 125 million 90 nm
14 2005 Intel Dual Core Multi-cœurs 64
bits ~3 GHz 230 million 90 nm
15 2006 Intel Dual Core 2 Multi-cœurs 64
bits ~3 GHz 291 million 65 nm
16 2008 Intel i3, i5 et i7 Multi-cœurs 64
bits ~3 GHz 820 million 45 nm
17 2012 Intel Xeon E5-4650 + hyper
threading (2x8 cœurs)
Multi-cœurs 64
bits ~3 GHz 2,6 milliard 32 nm
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ASIC
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ASIC : circuits intégrés destinés à des applications spécifiques
Sont conçu pour réaliser une applications spécifiques
Contrairement aux application générique qui permettant de tout faire
Ex: CPU
Aujourd’hui, il n’est pas rare qu’un ASIC intègre
un CPU,
de la mémoire et
d’autres modules spécialisés.
Ce type de circuits est par ailleurs souvent nommé :
SoP (System on Chip) ou
MPSoP (MultiProcessor System on Chip)
• dans le cas ou plusieurs processeurs sont intégrés dans le design.
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ASIC
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Les ASIC offrent une alternation intéressante
Lorsque la complexité de la logique câblé devient trop significative,
Que les performances des CPU ne sont pas adéquates,
Que le volume de production est important
La technologie des circuits ASIC a été introduite afin de
remplacer les composants discrets par un nombre minimum de
circuits intégrés.
Cette technologie contribue également à augmenter
l'intégration et à protéger le design.
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ASIC
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Toutefois, le coût associé à l’utilisation de cette technologie
pour le développement d’un nouveau produit est considérable
et il doit être amortie sur une grande quantité d’unités produites
afin d’obtenir un prix unitaire acceptable.
Le choix de l’une ou l’autre des techniques de réalisation des
ASIC dépend à la fois :
du temps de développement et
de la complexité du circuit à concevoir
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ASIC
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ASIC
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Évolution des PLDs
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Item Année Compagnie Produits
1 ~1965 Radiation Inc. (Harris) Matrice de diode
(fusible)
2 1969 IBM ROAM
3 1970 Texas Instrument PLA à masque
4 1970 Harris PROM
5 1971 Intel EPROM
6 1971 GE PLD, UV
7 1972 Data I/O Programmeurs
8 1974 Intersil, Signetics PLA
9 1974 Monolithic Memories
Inc.
PALA /
plateforme dev
10
1975
Intersil et Signetics
FPLA
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Évolution des PLDs
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Item Année Compagnie Produits
11 1978 MMI PAL ***
12 1980 John Birkner logiciel PALASM
(HDL) ***
13 1980 IEEE Standard JEDEC
14 1983 Data I/O Compilateur ABEL
15 1983 Lattice Semiconducteur GAL
16 1984 Altera EPROM PLD,
A+Plus
17 1985 International CMOS
Technology (ICT) PEEL
18 1985 Lattice Semiconducteur EEPAL = GAL
19
1985,…
Plusieurs Compagnies
FPGA et FPIC
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PALASM (PAL assembler):
En 1980, John Birkner
Ce langage est considéré comme un langage de description matérielle
(HDL - Hardware Description Language) rudimentaire et comme une
application logicielle.
Il s’agit de la première génération de ces logiciels.
Initialement, il ne supportait que les produits MMI des PAL et
nécessitait beaucoup de conversions de données afin d'obtenir le bon
format de programmation.
Son développement s’est effectué en même temps que la JEDEC
proposait un standard pour les fichiers (format texte) de
programmation des PLD.
Le PALASM n’effectue pas d’optimisation et ne supporte que les
équations booléennes sous forme de sommes de produits.
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Évolution des outils de développement
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ABEL (Advanced Boolean Expression Language):
Introduit en 1983 par Data I/O,
il est le premier outil universel pour les PLD.
C’est un compilateur, programmé en Fortran, qui convertit un code
source (fichier) HDL en un patron de fusibles « Fusemap ».
Contrairement au PALASM, ABEL optimise la logique et permet de
réaliser des MSA.
PLDesigner :
Outil permettant de simuler et de vérifier la fonctionnalité totale avant
l'implantation
Introduit par Minc avant d'être acheté par Mentor Graphics.
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