СистемамежсоединенийFPGA.ПринциппостроенияпрограммируемойматрицысоединенийCPLD.

Системымежсоединений(коммутации),какилогическиеблоки,реализуютсявширокомдиапазонеархитектурныхитехнологическихрешений.ЛиниисвязейвFPGAсегментированы,т.е.составленыизотдельныхпроводящихсегментов(участков,несодержащихключей).Сегментысоединяютсядругсдругомпрограммируемымэлементомсвязи(ключом).Всистемемежсоединенийприменяютсясегментыразличнойдлины.Малоеколичествосегментов(приихбольшойдлине)ведеткнедостаточноэффективномуиспользованиюлогическихблоков,слишкомбольшое(приихмалойдлине)—кпоявлениюбольшогочислапрограммируемыхключейвлинияхсвязи,чтоувеличиваетзатратыплощадикристаллаивноситдополнительныезадержкисигналов.

Короткиесегментызатрудняютреализациюдлинныхсвязей,длинные—коротких.Поэтомуцелесообразнаиерархическаясистемасвязейснесколькимитипамимежсоединенийдляпередачнаразныерасстояния.Цельюпостроениясистемысвязейявляетсяобеспечениемаксимальнойкоммутируемостиблоковприминимальномколичествеключейизадержексигналов,атакжеповозможностипредсказуемостьзадержек,облегчающаяпроектированиеустройствнаосновеFPGA.НаличиеключейисхемдляихпрограммированияусложняетмежсоединенияFPGAсравнительносмежсоединениямиБМК.

КритерийтрассировочнойспособностисистемымежсоединенийотображаетвозможностьсозданиявFPGAмножествасхемтиповогоприменения(толькоспомощьюпрограммируемыхключей,т.к.сегментнаячастьсоединенийстандартная).

БыстродействиеFPGAсущественнозависитотзадержексигналоввсвязях.КлючивлинияхсвязиимеютсхемузамещенияввидеRC-звеньевивосновномопределяютзадержкисигналов.ВпоследовательнойцепочкеRC-звеньевзадержказависитотчислазвеньевквадратично,поэтомуцеписбольшимчисломключейособеннонежелательны.Можетоказатьсяцелесообразнымразбиениедлиннойцепочкисегментовнанесколькокороткихспомощьюпромежуточныхбуферныхкаскадов.

ВотличиеоттипичныхдляFPGAсистемсегментированныхсвязей,вCPLDиспользуетсянепрерывнаяилиодномернонепрерывнаясистемасвязей,причемвсесвязиидентичны,чтодаетхорошуюпредсказуемостьзадержексигналоввсвязях—важноедостоинство,облегчающеепроектированиеиизготовлениеработоспособныхсхемвысокогобыстродействия.

ВпрограммируемойматрицесоединенийПМС(рис.1,а)выходыфункциональныхблоковФБподключаютсяквертикальнымнепрерывным(несегментированным)линиям,причемкаждомувыходусоответствуетсвоялиния.ВходыФБсвязанысгоризонтальнымилиниями,пересекающимивсевертикальныелинии.Напересеченияхгоризонтальныхивертикальныхлинийимеютсяпрограммируемыеточкисвязи,такчтолюбойвходФБможетбытьподключенклюбомувыходу,чемобеспечиваетсятакназываемаяполнаякоммутируемостьблоков.

Рис.1.5.СхемапрограммируемойматрицысоединенийCPLD(а)исхемапередачисигналовизэтойматрицывфункциональныйблок(б)

ДостоинствомПМСрассмотренноготипаявляетсямалаяипредсказуемаязадержкакоммутируемыхсигналов,т.к.длякаждогосоединенияобразуетсяидентичныйвсемдругимканалсвязисмалымчисломпрограммируемыхключей.Замкнутыетранзисторныеключиимеют,впервомприближении,схемузамещенияввидеинерционнойRC-цепиивносятосновныезадержкивпроцессраспространениясигнала.

ПрограммируемыеключивлинияхпередачисигналовизПМСвфункциональныеблокимогутдажеотсутствовать,еслиэтипередачиорганизованытак,какпоказанонарис.1,б.Вэтомслучаепрограммируемыхключейвцепипередачисигналанет,программируютсятольконапряжениянанижнихвходахконъюнкторов,иФБполучитсигналотi-йвертикальнойлинииПМС(i=1,2,...,m),еслитранзисторТ,будетзаперт,инанижнемвходеi-гоконъюнкторабудетдействоватьвысокийпотенциаллогическойединицы.ОткрытыйтранзисторТ,подключаетнижнийвходконъюнкторакнулевомупотенциалу,создаваянанеминавыходеконъюнкторасигналлогическогонуля.Такимобразом,задаваятриггеруТ,состояниелогическогонуля,аостальнымтриггерамсостояниелогическойединицы,можнообеспечитьзакрытоесостояниетранзистораТ,иоткрытоесостояниевсехдругихтранзисторов,чтоозначаетподключениевыходаФБкi-йвертикальнойлинииПМСсобразованиемтакназываемогонепрерывногосоединения.