9zip.ru - технологии для людей
9zip.ru Инструкции Технология с изменением цифровой схемы пользователем, в том числе и в процессе работы

Самый оптимальный вариант не только для радиолюбителя, но и для реальных промышленных и научных разработок - купить на Aliexpress дешевый (порядка $120) starter kit для FPGAшной ПЛИС Xilinx Spartan-3 или Spartan-3E. Это плата, на которой смонтирована ПЛИСина и куча разъемов и обвязки. Фактически это полноценный компьютер (с видео, аудио, клавой и мышью, IDE-интерфейсом) с изменяемой пользователем архитектурой, т.е. вся цифровая часть (процессор и чипсет для обычных ПК) изменяется на уровне железа. В комплекте идут диски с САПР для проектирования железа, документацией и полная схема процессора (в виде функциональных схем из модулей и на языках описания железа VHDL, Verilog). Естественно при необходимости в схему вводятся блоки для специализированной высокоскоростной обработки данных -- криптография, обработка сигналов, различные мат.функции и т.п.

В качестве другого примера можно привести ZX Spectrum -совместимый компьютер Sprinter 2000, в котором используется ЦП Z80 и FPGA для подключения к ЦП динамической памяти на SIMM 4 Mb, PC-клавиатуры, дисковода, ATA HDD и 8-битных плат с интерфейсом ISA. При этом FPGA выполняет функции контроллера дисковода, ATA HDD, драйвера шин Z80, IDE и ISA и другие относительно сложные функции. Некоторое довольно продолжительное время ПетерПлюс продавал эти компьютеры под заказ с ценой порядка $150.

Буквально вчера наткнулся на проект компьютера Amiga 500, реализованного на FPGA в виде платы 12х12 см. По заверениям авторов, в FPGA реализовано все железо Амиги (специализированные сопроцессоры аудио и видео, контроллер памяти), кроме ЦП Motorola и ОЗУ, и компьютер на 100% работает как настоящая Амига.

Элементной базой этой технологии являются программируемые матрицы. В России самыми доступными на текущий момент являются матрицы фирм Altera и Xilinx.

Очень здорово, что за последние 2 года очень подешевели ПЛИСы: особенно интересна серия Altera Cyclone: самая жирная ПЛИСина EP1C6 стоит всего 1300 р, но позволяет реализовать очень сложные цифровые системы: 16/32-битные процессоры, специализированные устройства цифровой обработки сигналов (DSP), высокоскоростные вычислители и т.п. Для замены кучи мелких цифровых элементов в схемах (всякие там ИЛИ-НЕ, регистры, счетчики, дешифраторы) отлично подходит серия MAX3000A (EPM3032..EPM3128): прошивка в этих ПЛИСах энергонезависима (CPLD, толстые ПЛИСины делаются по технологии FPGA и требуют загрузку прошивки при каждом включении из специального загрузочного ROMa или контроллером) -- прошил схему и можно считать полученную ПЛИСину заказной БИС. Кроме того, прошивку в них можно менять несколько десятков раз (Flash у них намного менее устойчива чем у контроллеров, есть данные что выдерживает всего лишь не более 50 циклов перезаписи).

Вообще для устройств, не идущих в серию (различные железки в единичных экземплярах), требующих высокого быстродействия, есть смысл вообще забыть о микроконтроллерах -- использовать толстую ПЛИСину, засунуть в нее один или несколько простых процессоров как часть прошивки, подключить к ПЛИСине ОЗУ, и получить мощный специализированный компьютер. Если потребуется его пустить в большую серию, проект на VHDL (язык для описания цифровых устройств, компилируется в прошивку конкретного типа ПЛИС закрытого бинарного формата) отсылается изготовителю ASIC (заказных СБИС). Кстати, именно поэтому прошивки для ПЛИС нужно писать только на VHDL - это де-факто стандартный язык для синтеза масок для производства заказных СБИС.

Принцип работы: на кристалле выполнена матрица из логических элементов (вентилей) одного или нескольких типов. При конфигурировании (прошивке, загрузке) матрицы выполняется электрическое соединение выводов вентилей между собой с использованием в качестве коммутационных элементов структур Flash (энергонезависимой памяти) или SRAM (статической памяти). В терминологии фирмы Altera матрицы на основе Flash называются CPLD (? Programmable Logic Device), а на основе SRAM FPGA (Field Programmable Gate Array).

Современные FPGA-матрицы включают в себя не только сотни тысяч вентилей, но и более сложные структурные единицы (блоки статической памяти, процессоры, контроллеры шины и т.д.). ПЛИС с такими сложными блоками в документации Altera называются SoC (System on Chip, система на кристалле).

Для электронщиков-любителей (с точки зрения монтажа, то есть типов корпусов) сейчас наиболее доступны матрицы Altera CPLD EPM3xxx (структура энергонезависима, до 50 циклов загрузки) и EPF10K (структура должна загружаться при включении, число циклов загрузки не ограничено, возможна динамическая загрузка в процессе работы в зависимости от выполняемой задачи). Соответственно цены порядка от 80 р (EPM3032 PLCC44) до 500 р (EPM3512) для CPLD и от 900 р (EPF10K10) до 2500 (EPF10K50).

Применение таких матриц позволяет любому инженеру или любителю паяльника создавать современные устройства управления, сопряжения цифровых систем, вычислительные устройства и устройства цифровой обработки сигналов с рабочими частотами до 150 МГц.

Проектирование цифровых систем на ПЛИС выполняется с использованием специализированных САПР типа MAX+PLUS, Quartus (для матриц Altera) на языке описания цифровых устройств AHDL и более распространенным и стандартном VHDL и Verilog. После описания цифрового устройства на VHDL, его отладки и верификации в симуляторе проект на VHDL компилируется в файл прошивки закрытого формата, содержимое которого определяется конкретным используемым типом матрицы.

Далее файл прошивки загружается через LPT-кабель с ПК (при макетировании устройства), специализированной микросхемы Flash-памяти или с помощью обычного контроллера в одну или несколько матриц. С момента загрузки матрица превращается в разработанное цифровое устройство и выполняет свои функции точно так же, как если бы устройство было реализовано в заказной микросхеме или на ведре дискретной логики.

ПЛИС-технология позволяет даже в любительском устройстве избавиться от кучи жесткой логики (см. например схемы ZX Spectrum), использовать современные микросхемы и модули (модули динамической памяти SIMM/DIMM, USB-драйверы, микросхемы интерфейса с шиной PCI, многоразрядные АЦП/ЦАП), на ходу менять схемотехнику устройства и реализовывать специализированные цифровые устройства, в том числе и с параллельной обработкой данных.

Чаще всего ПЛИС-устройства включают в себя 8/16-битный контроллер или процессор, которые осуществляют общее управление системой, загрузку прошивок в матрицы, обслуживают низкоскоростной ввод/вывод (например интерфейс RS-232) и выполняют вычисления, не требующие высокой скорости или полноценного параллелизма. ПЛИС в этом случае выполняет коммутацию процессора, памяти и специализированных цифровых микросхем, выполняет функции контроллера шины, специализированного сопроцессора, но при определенных навыках разработчика может также включать в себя несколько процессорных блоков произвольной архитектуры.

Особую роль ПЛИС играют при использовании в качестве устройств высокоскоростной цифровой обработки сигнала (DSP), таких как фильтры, процессоры эффектов, видеопроцессоры, пакетные мультиплексоры в системах передачи данных и т.п., где последовательный характер работы процессоров и микроконтроллеров не позволяет их использовать из-за скоростных ограничений.

В Сети сейчас существует несколько ресурсов типа http://www.opencore.org, на которых размещены проекты различных достаточно сложных цифровых устройств, которые вы можете использовать в своих разработках на условиях открытой лицензии GPL.


2 нравится? 2

30.05.2015 © 9zip.ru
Авторские права охраняет Роскомнадзор

Понравилась статья? Похвастайся друзьям:

Хочешь почитать ещё про инструкции? Вот что наиболее популярно на этой неделе:
Самодельная акустическая система
Советы по доработкам усилителя Амфитон
Как пользоваться эмулятором ZX-Spectrum
Боярский одобряет.


Есть вопросы, комментарии? Напиши:

Имя
Комментарий
Длина текста:
число с картинки
Правила прочитал(а)

Пользовательские теги: платы isa fpga контроллер памяти на плис схема [ Что это? ]

Дальше в разделе инструкции: Программы записи переговоров, краткий обзор программ записи переговоров, описываются достоинства и недостатки, как аппаратные, так и программные.

Главная 9zip.ru База знаний радиолюбителя Контакты
Девять кучек хлама:

Радиотехника, электроника и схемы своими руками Ремонт домашней электроники Виртуальный музей старых радиодеталей XX века Ламповый звук hi-end и ретро электроника Катушки Теслы Радиодетали и модули с Aliexpress Интернет и сети, компьютеры и программы Сотовые операторы Инструкции


Дайджест
радиосхем

Новые схемы интернета - в одном месте!

 23.8 Простейшая SSTC
 20.8 Лингафонный кабинет своими руками
 17.8 STM8. Урок 5. Быстрая настройка среды STVD для ...

Рассылка для радиолюбителей


22.8 Новая халява на Aliexpress
10.8 Синяя KAINA за бакс
28.7 Крутые футболки для радиолюбителей за 70p






Новые видео: