Les circuits logiques programmables - Accueil

LOGIQUE PROGRAMMABLE
ET SES OUTILS DE DÉVELOPPEMENT
Motivation
Remplacer les composants discrets par un circuit programmable. Ceci dans le but de
diminuer le coût de production, d'augmenter l'intégration et de protéger le design.
Ø L’origine des différentes sortes de PLD « Programmable Logic Devices » est liée aux
résultats de recherche trouvés dans le milieux des années 1960. À un taux d'un
nouveau produit par mois, les progrès dans ce domaine constituent une partie
importante du rayonnement du parc technologique Silicon Valley.
Historique des circuits logiques programmables
Ø
Le premier circuit logique programmable a été mis au point par Harris
Semiconductors et consistait en une matrice de diodes très simple. Ceci ne
représente qu'un élément primitif des premiers PLD.
Ø Les PLD actuels sont plutôt basés sur des réseaux logiques programmables (PLA).
Ce dernier type de PLD a été créé en 1969 par IBM et amélioré par Texas Instruments
(TI), Collins Radio et National Semiconductor.
Ensuite,
Ø Intersil, Signetics et Data I/O ont été parmi les premiers à lancer la vague des PLD
modernes.
Ø Le premier PLD en technologie des transistors MOS a été complété en 1971 par
collaboration avec GE ont commencé une nouvelle série de PLD qu'on appelait réseau
General Electric (GE). Ce circuit effaçable à l'ultraviolet représentait le premier EPLD
(Electrically PLD) disponible sur le marché.
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Principaux outils de développement avec la logique programmable
Ø Plusieurs compilateurs ont accompagné l'explosion des circuits PLD.
Ø PALASM: constitue la première génération de ces logiciels, ne supportait que les
produits MMI des PAL et nécessitait beaucoup de conversions de données afin
d'obtenir le format de programmation;
Ø ABEL « Advanced Boolean Expression Language » : introduit en 1983 par Data I/O. et
constitue le premier outil universel pour les PLD. C'est un compilateur qui convertit
un code source (fichier) HDL « Hardware Description Language » en un patron de
fusibles « Fusemap ».
Ø Après le lancement des deux compilateurs PALASM et ABEL, une nouvelle
génération permettant de simuler et de vérifier la fonctionnalité totale avant
implantation a été introduite. En effet, MINC a introduit le PLDesigner qui sert à
subdiviser un grand circuit en de petites portions. Suite à ses succès, PLDesigner a
été acheté par Mentor Graphics;
Ø CUPL: introduit en 1981 par Assisted Technology;
Ø AMAZE (Automated Map & Zap of Equations): introduit par Signetics;
Ø PLAN (Programmable Logic Analysis): introduit par National Semiconductor
Ø APEEL (Assembler PEEL): introduit par ICT;
Ø VHDL « VHSIC Hardware Description Language »: introduit en 1987 par le
département de la Défense américaine en collaboration avec le IEEE. Comme ABEL,
c'est un compilateur qui convertit un code source (fichier) HDL en un patron de
fusibles.
Ø On note de nouveaux produits importants tels que: Tango-PLD (Accel Technologies),
Log/iC (ISDATA) Schema-PLD (Omation) OrCAD/PLD (ORCAD Systems), SP11 (Pistohl
Electronic Tool), Synopsys, Texas Instruments, etc..
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ASIC
Application Specific Integrated Circuits
Ø Circuits intégrés destinés à des applications spécifiques. La technologie des circuits
ASIC « Application Specific Integrated Circuits » a été introduite afin de remplacer les
composants discrets par un nombre minimum de circuits intégrés.
Ø Cela contribue à diminuer le coût de production, à augmenter l'intégration et à
protéger le design.
Ø La conception et la réalisation d'un circuit ASIC peuvent être complétées par l'une ou
l'autre des méthodes suivantes :
(Full custom)
Circuit dédié
Processeurs SoC, PCI (PC Interface
controllers), etc.. Necessite un nombre
varié de transistors et une phase
complète de fabrication.
(Semi-custom) Cellules
standards: nécessite une phase
complète de fabrication
Matrice de
portes
remplace 500
SSI et MSI
"Gate Array"
PGA (100K)
masques.
-Analog
-Digital
-Bio..
Architecture micro-programmable
Bit-Slice necessite un séquenceur
d'interruption et une UAL.
Normalisées avec masques dédiés. UAL,
mémoires, processeurs etc.
Configuration des interconnections par
une RAM, ROM ou un
microprocesseur.
Techniques de réalisation de circuits intégrés destinés à des applications spécifiques (ASIC)
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Les circuits logiques programmables (PLD)
Ø Les PLD ont connu des succès remarquables.
Ø Ces succès sont dus à la préconception des fonctions élémentaires (ET, OU, Bascule,
etc.),
Ø Facilite la conception, réduit le temps de mise en marché et implique un faible coût de
fabrication.
Ø Inconvénients : limitation du nombre de portes par circuit.
Ø La conception des circuits par PLD est basée sur la synthèse des fonctions sous la
forme de somme des produits SdP (SoP).
Ressources matérielles de circuits logiques programmables
Ø
Un circuit logique programmable contient généralement trois types de ressources ou
de fonctions de base:
1. Fonction combinatoire ou séquentielle: la reconfiguration de cette fonction peut
être basée sur une table de vérité (LUT), un jeu de multiplexeurs, un plan ET-OU,
différentes portes logiques, ou un ensemble de transistors.
2. Bloc d'entrée/sortie: ce type de fonction réalise un circuit logique d'entrée/sortie
bidirectionnel. Il est basé sur des bascules, des bistables, contrôle du « slew-rate
», « pullup » et « pulldown ».
3. Interconnexions : Circuiterie servant à accommoder les deux types
d'interconnexions: locale et globale. L'importance de ce type de fonction tient au
fait qu'il faut assurer une flexibilité maximale.
N.B : Il faut noter qu'une technique de distribution d'horloge est utilisée pour éviter le
«skew » d'horloge lors de l'opération.
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Catégories de PLD
Les catégories sont:
Ø PLE: Programmable Logic Element (PROM)
- Plan ET fixe
- Plan OU programmable
Ø PAL: Programmable Array Logic
- ET programmable
- OU fixe
Ø PLA:
Programmable
Logic Array
- ET
programmable
- OU
programmable
Schéma simplifié des différents circuits PLD (PROM, PAL et PLA)
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D’autres PLD
Ø FPLA: Field PLA (PLA reprogrammable)
Ø PEEL- Programmable Electrically Erasable Logic
-
EEPROM
EEPLA
EEPAL (GAL: Generic Array Logic).
Les PAL
Ø Ce sont des circuits programmables une seule fois tel que présenté au niveau des
PROM.
Ø La terminologie des PAL est:
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Les GAL
Ø Les GAL sont des PAL reprogrammables (Generic PAL).
Ø Leur terminologie est: GAL 20 V 8 A/B
Ø Ce type de circuits PLD possède des blocs logiques flexibles, soit le OLMC « Output
Logic Macro-Cell » que l'utilisateur peut configurer en un bloc combinatoire simple,
complexe ou bien en sortie avec registre.
Un exemple d'une cellule macro (OLMC) du GAL 2OV8 est montré :
Schéma bloc d'une cellule macro « Output Logic Macro-Cell » (OLMC) de GAL.
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En résumé
Exemple de conception avec la logique programmable
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