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. 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 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. 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, Intersil, Signetics et Data I/O ont été parmi les premiers à lancer la vague des PLD modernes. 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. 19
Principaux outils de développement avec la logique programmable Plusieurs compilateurs ont accompagné l'explosion des circuits PLD. 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; 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». 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; CUPL: introduit en 1981 par Assisted Technology; AMAZE (Automated Map & Zap of Equations): introduit par Signetics; PLAN (Programmable Logic Analysis): introduit par National Semiconductor APEEL (Assembler PEEL): introduit par ICT; 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. 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.. 20
ASIC Application Specific Integrated Circuits 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. Cela contribue à diminuer le coût de production, à augmenter l'intégration et à protéger le design. La conception et la réalisation d'un circuit ASIC peuvent être complétées par l'une ou l'autre des méthodes suivantes : (Semi-custom) Cellules standards: nécessite une phase complète de fabrication (Full custom) Circuit dédié Processeurs SoC, PCI (PC Interface controllers), etc.. Necessite un nombre varié de transistors et une phase complète de fabrication. Matrice de portes remplace 500 SSI et MSI "Gate Array" PGA (100K) masques. Normalisées avec masques dédiés. UAL, mémoires, processeurs etc. Architecture micro-programmable Bit-Slice necessite un séquenceur d'interruption et une UAL. -Analog -Digital -Bio.. Configuration des interconnections par une RAM, ROM ou un microprocesseur. Techniques de réalisation de circuits intégrés destinés à des applications spécifiques (ASIC) 21
Les circuits logiques programmables (PLD) Les PLD ont connu des succès remarquables. Ces succès sont dus à la préconception des fonctions élémentaires (ET, OU, Bascule, etc.), Facilite la conception, réduit le temps de mise en marché et implique un faible coût de fabrication. Inconvénients : limitation du nombre de portes par circuit. 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 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. 22
Catégories de PLD Les catégories sont: PLE: Programmable Logic Element (PROM) - Plan ET fixe - Plan OU programmable PAL: Programmable Array Logic - ET programmable - OU fixe PLA: Programmable Logic Array - ET programmable - OU programmable Schéma simplifié des différents circuits PLD (PROM, PAL et PLA) 23
D autres PLD FPLA: Field PLA (PLA reprogrammable) PEEL- Programmable Electrically Erasable Logic - EEPROM - EEPLA - EEPAL (GAL: Generic Array Logic). Les PAL Ce sont des circuits programmables une seule fois tel que présenté au niveau des PROM. La terminologie des PAL est: 24
Les GAL Les GAL sont des PAL reprogrammables (Generic PAL). Leur terminologie est: GAL 20 V 8 A/B 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. 25
En résumé Exemple de conception avec la logique programmable 26
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