Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте файл и откройте на своем компьютере.
Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 2 Содержание 1 Введ е ние…………………………………………………………………… 3 2 Основные технические характерист и ки………………………………… . 4 3 У словное графическое обозначение и назначение выводов ПЛИС ….. 8 4 Конструктивные особенности ПЛИС …………………………………….. 23 4.1 Логический блок……………………… ………………………………… … 25 4.2 Логический эл е мент……………………………………………………… .. 26 4.2.1 Режимы работы логического элемента …………………………………… 27 4.2.2 Сброс и установка программируемого триггера логического элеме н та .. 30 4.3 Блок встроенной пам я ти …………………………………………………... 3 1 4.4 Система межсоедин е ний …………………………………………………... 33 4.5 Элемент ввода - вывода …………………………………………………….. 36 4.5.1 Соединение элементов ввода - вывода с горизонтальными канал а ми ….. 39 4.5.2 Соединение элементов ввода - вывода с вертикальными кан а лами …….. 40 4 .5.3 Контроль скорости нарастания выходного напряжения ………………… 40 4.5.4 Выход с открытым ст о ком ………………………………………………… 40 4.6 Блок JTAG ………………………………………………………………….. 41 4.7 Система периферийного сканиров а ния ………………………………….. 4 2 5 Расчет рассеиваемой мощности ПЛ ИС ………………………………….. 4 3 Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 3 1 Введение Настоящее техническое описание содержит технические характер и стики и описание конструкции энергонезависимой радиационно - стойкой программ и- руемой логической интегральной схемы 5578ТС034 е мкостью 100 тыс. логич е- ских вентилей ( 109 056 си с темных вентилей). Функциональный зарубежный аналог ПЛИС EPF10K100Е (ф. Altera, США). Ячейки конфигурационной памяти ПЛИС 5578ТС034 содержат ради а- ционно - стойкие однократно программируемые на основе электриче ского ра з- рушения (пробоя) диэлектрика элементы, которые позволяют сохранить конф и- гурацию микросхемы при отключении напряжения питания и воздействии спец и альных факторов. ПЛИС имеет следующие основные режимы: - режим отладки проекта, в котором возможно мног ократно конфигур и- ровать ПЛИС по интерфейсу JTAG; - режим однократного программирования ПЛИС; - рабочий режим, в котором ПЛИС функционирует после процесса о д- нократного программирования конфигурационной памяти в соответствии с разработанным польз о вателем про ектом. В рабочем режиме при выключении питания конфигурация ПЛИС сохр а- няется и после включения питания микросхема возвращается в рабочий р е жим без перезагрузки конфигурационной памяти из внешнего ПЗУ. В рабочем реж и- ме ПЛИС удовлетворяет требованиям к техни ческим характеристикам микр о- схемы по стойкости к воздействию механических, климатических, биологич е- ских факторов, специальных сред и специальных факторов, указанным в техн и- ческих условиях. Использование ПЛИС в режиме отладки проекта не гарантир у- ет соответс твия параметров заявленным в ТУ нормам. При воздействии спец и- альных внешних воздействующих факторов с высокими уровнями возможен кра т ковременный сбой конфигурации микросхемы, однако после прекращения воздействия конфигурация восст а навливается без перезагру зки ПЛИС. ПЛИС имеет бит секретности для защиты от несанкционированного до- ступа к содержанию конфигурационной памяти , который запрещает вывод данных из неё на внешние устройства. Для создания проектов используется САПР ф. Altera MAX + PLUS II или Quartus II ( не позднее версии 8.1) . Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 4 2 Основные технические характеристики Основные функциональные параметры ПЛИС приведены в таблице 1. Таблица 1 Параметр Значение Типовая логическая ёмкость, вентилей 100 000 Количество системных вентилей 109 056 Количество э квивалентных логических элементов 4 992 Количество логических блоков 624 Объем встроенной памяти, бит 49 152 Количество блоков встроенной памяти 12 Общее количество триггеров 5 204 Количество триггеров в логическом блоке 8 Количество триггеров в по льзовател ь- ском элементе ввода - вывода 1 Количество программируемых элеме н- тов ввода - вывода 212 Количество выделенных входов 4 Количество глобальных тактовых вх о дов 2 Количество портов интерфейса JTAG 1 Кристаллы ПЛИС изготовлены по КМОП - технологии с м инимальными проектными нормами 0,18 мкм, c одним уровнем поликремния и шестью уро в- нями металлизации. Номинальное значение напряжения питания ядра ПЛИС – плюс 1,8 В. Допустимые отклонения напряжения питания ядра ПЛИС от номинального ± 5 %. Номинальное значе ние напряжения питания периферии (входных и в ы- ходных буф е ров) ПЛИС – плюс 3,3 В. Допустимые отклонения напряжения питания периферии ПЛИС от номинального ± 0,3 В. Масса микросхем не более 22 г . Тепловое сопротивление кристалл - корпус не боле е 5,7 °С/Вт. Знач ение потенциала статического электричества не должно прев ы- шать 2 000 В. Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 5 Для обеспечения повышенного ресурса работы аппаратуры ПЛИС по д- держивает режим ©холодного резервированияª. Значения электрических параметров микросхем при приемке и поставке в диапазоне рабочих температур среды приведены в таблице 2. Таблица 2 Наименование параметра, единица измер е ния ( режим измерения ) Букве н- ное об о- знач е- ние п а- раметра Норма параме т ра Темпер а- тура ср е- ды, °С Номер пункта прим е чания не м е нее не б о лее 1 2 3 4 5 6 Вых одное напряжение низкого уровня, В ( U СС1 = 1,71 В, U СС2 = 3,0 В, I OL = 4,0 мА) U OL – 0 ,5 5 – 60 ± 3 25 ± 3 100 ± 3 1 Выходное напряжение в ы- сокого уровня, В ( U СС1 = 1,71 В, U СС2 = 3,0 В, I ОН = – 4,0 мА) U O Н 2,0 – 1 Ток потребления ядра, мА ( U СС1 = 1,89 В, U СС2 = 3,6 В, U IL = 0 В; U СС1 = 1,89 В, U СС2 = 3,6 В, U I Н = 3,6 В) I СС1 – 100 2 Ток потребления периф е- рии, мА ( U СС1 = 1,89 В, U СС2 = 3,6 В, U IL = 0 В; U СС1 = 1,89 В, U СС2 = 3,6 В, U I Н = 3,6 В) I СС2 – 4 0 Входной ток низкого уро в ня, мкА ( U СС1 = 1,89 В, U СС2 = 3,6 В, U IL = 0 В) I IL – 20 – 1 Входной ток высокого уровня, мкА ( U СС1 = 1,89 В, U СС2 = 3,6 В, U I Н = 3,6 В) I IH – 20 Ток утечки при отключе н- ном питании, мкА ( U СС1 = 0 В, U СС2 = 0 В, U О = 3,6 В) I OFF – 50 – Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 6 Окончание таблицы 2 1 2 3 4 5 6 Выходной ток низкого уровня в состоянии ©В ы- ключ е ноª, мкА ( U СС1 = 1,89 В, U СС2 = 3,6 В, U О Z = 0 В) I OZL – 2 0 – – 60 ± 3 25 ± 3 100 ± 3 1 Выходной ток высокого уровня в состоянии ©В ы- ключ е ноª, мкА ( U СС1 = 1,89 В, U СС2 = 3,6 В, U О Z = 3,6 В) I OZ Н – 20 Длительность тактового интервала межрегистр о вой пересылки, нс ( U СС1 = 1,71 В, U СС2 = 3,0 В ) t DRR – 25 2 Примечания 1 Для пользовательских выводов на сконфигурированной микросхеме . 2 Контролируется после конфигурирования микр осхемы. Значения предельно допустимых и предельных режимов эксплуатации в диапазоне рабочих температур среды приведены в таблице 3 . Таблица 3 – Предельно допустимые и предельные режимы эксплуатации ми к росхем Наименование пар а метра режима, единица из мер е ния Буквенное обознач е- ние пар а- метра Предельно допустимый р е жим Предельный р е жим Номер пункта прим е- чания не м е нее не б о лее не м е нее не б о лее 1 2 3 4 5 6 7 Напряжение питания ядра, В U СС1 1,71 1,89 – 0, 50 2,2 0 1 Напряжение питания пер и ферии, В U СС2 3,0 3,6 – 0, 5 4,0 1 Входное напряжение низк о го уровня, В U IL 0 0,8 – 0 , 5 – 2 Входное напряжение высок о го уровня, В U IH 2,0 U СС2 – 4,0 2 Напряжение, прикл а- дываемое к вых о ду в состоянии ©Выключ е- ноª, В U OZ 0 U СС2 – 0, 5 4,0 2 Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 7 Окончание таблицы 3 1 2 3 4 5 6 7 Выходной ток ни з кого уро в ня, мА I OL – 4 – 24 2, 3 Выходной ток выс о- кого уровня, мА I ОН – 4 – – 24 – 2, 3 Ток по выводу пит а- ния, мА I V СС – – – 100 4 Ток по общему выв о- ду, мА I GND – – – 100 – 4 Емкость нагрузки, пФ С L – 50 – 200 – Примечания 1 Напряжение питания в процессе отладки проекта и при эксплуатации микросхемы после программирования. 2 Для пользовательских выводов. 3 Сумма токов по выходам не должна превышать суммы предельных зн а чений токов по каждому выводу питания или общему выводу. 4 По каждому отдельному выводу микросхемы, подключенному к исто ч нику питания ядра или периферии. Микросхемы должны быть стойкими к воздействию специальных фа к- торов 7.И, 7.С, 7.К по ГОСТ РВ 20.39.414.2 с о значениями характеристи к 7.И 1 , 7.И 6 , 7.И 7 , 7.И 8 , 7.С 1 , 7.С 4 , 7.К 1 , 7.К 4 , 7.К 11 , 7.К 12 , приведенными в табл и це 5 . Таблица 4 Условное обозначение микросхемы Значение характеристики специальных факторов 7.И 1 1) 7.И 6 2) 7.И 7 7.И 8 7.С 1 7.С 4 7.К 1 7.К 4 7. К 11 , 7К 12 2) 5578ТС034 4У С 5У С 5У С 0,1·1У С 5У С 5·5У С 0,5·2К 3) 0,5·2К 3), 4) 60 МэВ·см 2 /мг 10·2К 4) ___________ 1) По структурным повреждениям. 2) По катастрофическим отказам (КО) и тиристорному эффекту (ТЭ). 3) При совместном воздействии факторов 7.К с характеристиками 7.К 1 , 7.К 4 . 4) При независимом воздействии факторов 7.К с характеристиками 7.К 1 , 7.К 4 . В процессе и непосредственно после воздействия специальных факторов 7.И с характеристикой 7.И 6 допускается временная потеря работоспособн о сти микросхем. Время потери работоспособности должно быть не более 2 мс . Через указанное время работоспособность микросхем должна восстанавливат ь ся. Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 8 Наработка до отказа микросхем в режимах и условиях эксплуатации, допуска е мых ТУ, при температуре окружающей ср еды не более (65 + 5) °С должна быть не менее 100 000 ч, а в облегченном режиме (температура окр у- жающей среды не более 55 °С, напряжение питания ядра U СС1 = 1,8 В ± 5 %, напряжение питания периферии U СС2 = 3,3 В ± 5 %) – не менее 120 000 ч. 3 Условное гра фическое обозначение и назначение выводов ПЛИС Разработанные ПЛИС выполнены в планарных металлокерамических 304 - выводных корпусах 4251.304 – 2 с обводной керамической рамкой и шагом выводов 0,5 мм с покрытием на основе золота. Условное графическое обозначе ние микросхем 5578ТС034 приведено на рисунке 1. Функциональное назначение выводов микросхемы 5578ТС034 привед е- но в табл и це 6. В режиме отладки и в режиме однократного программирования ПЛИС вывод nRUN должен быть подключен к положительному выводу источника питания (3,3 ± 0,3) В . В раб о чем режиме вывод nRUN должен быть подключен к общему выводу источника пит а ния . Конструкция ПЛИС обеспечивает использование в качестве среды ра з- работки проектов САПР MAX+PLUS II или Quartus II (микросхема EPF10K100E ). Однако выв оды ПЛИС в корпусе 4251.304 – 2 не совпадают с выводами микросхемы EPF10K100E . При разработке проекта возможна авт о- матическая генерация файла размещения выводов ПЛИС в корпусе микросх е- мы EPF10K100E при пом о щи специального приложения ©create_assigmentsª , вход ящего в программу ©Инструментарий для программирования дополн и- тельных режимов работы и расширенной функциональности элементов вв о- да/вывода ПЛИС 5578ТС034ª. Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 9 Рисунок 1 – Условное графическое обозначение микросхемы ин тегральной 5578ТС034 в корпусе 4251.304 - 2 Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 10 Таблица 6 – Функциональное назначение выводов микросхемы интеграл ь ной 5578ТС034 Номер вывода Обозначение вывода Функциональное назначение вывода Тип вывода Статус вывода 1 2 GND Общий выходных буферов – – 2 1 GND Общий ядра – – 3 I / O 0 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 4 2 VCC Питание выходных буферов – – 5 I / O 2 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 6 I / O 1 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 7 I / O 4 Про граммируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 8 I / O 3 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 9 I / O 6 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 10 I / O 5 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 11 I / O 8 Прогр аммируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 12 I / O 7 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 13 I / O 10 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 14 I / O 9 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 15 I / O1 2 Про граммируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 16 I / O1 1 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 17 2 VCC Питание выходных буферов – – 18 2 GND Общий выходных буферов – – 19 I / O1 3 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 20 1 VCC Питание ядра – – 21 I / O1 5 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 22 I / O1 4 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 23 I / O 17 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 11 Продолжение таблицы 6 Номер вывода Обозначение вывода Функциональное назначение вывода Тип вывода Статус вывода 2 4 I / O 16 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 2 5 I / O 19 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 2 6 I / O 18 Программируемый ввод - вывод В ход/выход Пользовательский 2 7 I / O 20 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 2 8 I / O 21 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 2 9 I / O 22 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 30 I / O 23 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 3 1 I / O 24 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 3 2 I / O 25 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 33 INPUT1 Выделенный вход Вход Пользовательский 34 CLOCK 0 Глобальный тактовый вход Вход Пользовательский 35 INPUT 0 Выделенный вход Вход Пользовательский 36 3 VCC 3) Дополнительное питание ядра – – 37 1 GND Общий ядра – – 38 2 GND Общий выходных буферов – – 39 2 VCC Питание выходных буферов – – 40 1 VCC Питание ядра – – 41 3 VCC 3) Дополнител ьное питание ядра – – 42 I / O 26 1) Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 43 I / O 27 2) Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 44 I / O 28 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 45 I / O 29 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 46 I / O 30 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 47 I / O 31 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 12 Продолжение таблицы 6 Номер вывода Обозначение вывода Функциональное назначение выв ода Тип вывода Статус вывода 48 I / O 32 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 49 I / O 33 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 50 I / O 35 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 51 I / O 34 Программируемый вв од - вывод Вход/выход Пользовательский 52 I / O 37 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 53 I / O 36 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 54 I / O 39 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 55 I / O 38 Программиру емый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 56 2 GND Общий выходных буферов – – 57 2 VCC Питание выходных буферов – – 58 I / O 40 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 59 1 VCC Питание ядра – – 60 I / O 42 Программируемый ввод - вывод Вход/вы ход Пользовательский 61 I / O 41 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 62 I / O 44 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 63 I / O 43 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 64 I / O 46 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 65 I / O 45 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 66 I / O 48 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 67 I / O 47 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 68 I / O 50 Программируемый вв од - вывод Вход/выход Пользовательский 69 I / O 49 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 70 I / O 52 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 13 Продолжение таблицы 6 Номер вывода Обозначение вывода Функциональное назначение вы вода Тип вывода Статус вывода 71 I / O 51 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 72 3 VCC 3) Дополнительное питание ядра – – 73 I / O 53 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 74 2 VCC Питание выходных буферов – – 75 2 GND Общи й выходных буферов – – 76 1 GND Общий ядра – – 77 2 VCC Питание входных буферов – – 78 1 VCC Питание ядра – – 79 ТС K Тактовый вход JTAG Вход Служебный 80 2 GND Общий входных буферов – – 81 I / O 54 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 82 TDO Выход данных JTAG Выход с тремя состояниями Служебный 83 I / O 56 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 84 I / O 55 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 85 I / O 58 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 86 I / O 57 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 87 I / O 60 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 88 I / O 59 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 89 I / O 62 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользова тельский 90 I / O 61 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 91 I / O 64 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 92 I / O 63 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 93 2 VCC Питание выходных буферов – – Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 14 Продолж ение таблицы 6 Номер вывода Обозначение вывода Функциональное назначение вывода Тип вывода Статус вывода 94 I/O 65 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 95 1 GND Общий ядра – – 96 2 GND Общий выходных буферов – – 97 I / O 66 Программируем ый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 98 1 VCC Питание ядра – – 99 I / O 68 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 100 I / O 67 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 101 I / O 70 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Поль зовательский 102 I / O 69 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 103 I / O 71 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 104 I / O 72 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 105 I / O 73 Программируемый ввод - вывод Вхо д/выход Пользовательский 106 I / O 74 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 107 I / O 75 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 108 I / O 76 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 109 I / O 77 Программируемый вв од - вывод Вход/выход Пользовательский 110 I / O 78 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 111 I / O 79 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 112 3 VCC 3) Дополнительное питание ядра – – 113 1 GND Общий ядра – – 114 2 GND Общий выходных буферов – – 115 2 VCC Питание выходных буферов – – 116 1 VCC Питание ядра – – 117 3 VCC 3) Дополнительное питание ядра – – Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 15 Продолжение таблицы 6 Номер вывода Обозначение вывода Функциональное назначение вывода Тип вывода Статус вывода 118 I / O 80 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 119 I / O 81 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 120 I / O 82 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 121 I / O 83 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовател ьский 122 I / O 84 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 123 I / O 85 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 124 I / O 86 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 125 I / O 87 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 126 I / O 89 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 127 I / O 88 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 128 I / O 91 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 129 I / O 90 Программируемый ввод - выво д Вход/выход Пользовательский 130 I / O 93 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 131 I / O 92 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 132 2 GND Общий выходных буферов – – 133 2 VCC Питание выходных буферов – – 134 I / O 94 Прогр аммируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 135 1 GND Общий ядра – – 136 I / O 96 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 137 I / O 95 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 138 I / O 98 Программируемый ввод - вывод Вход/вых од Пользовательский 139 I / O 97 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 140 TRST Асинхронный сброс TAP контроллера JTAG Вход Служебный Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 16 Продолжение таблицы 6 Номер вывода Обозначение вывода Функциональное назначение вывода Тип вывода Ст атус вывода 141 I / O 99 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 142 I / O 101 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 143 I / O 100 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 144 I / O 103 Программируемый ввод - вывод В ход/выход Пользовательский 145 I / O 102 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 146 TMS Управление состоянием TAP контроллера JTAG Вход Служебный 147 I / O 104 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 148 1 GND Общий ядра – – 149 I / O 105 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 150 2 GND Общий входных буферов – – 151 1 VCC Питание ядра – – 152 2 VCC Питание входных буферов – – 153 2 GND Общий выходных буферов – – 154 1 GND Общий ядра – – 155 I / O 106 Программиру емый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 156 2 VCC Питание выходных буферов – – 157 I / O 108 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 158 I / O 107 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 159 I / O 110 Программируемый ввод - вы вод Вход/выход Пользовательский 160 I / O 109 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 161 I / O 112 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 162 I / O 111 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 163 I / O 114 Программ ируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 17 Продолжение таблицы 6 Номер вывода Обозначение вывода Функциональное назначение вывода Тип вывода Статус вывода 164 I / O 113 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 165 I / O 116 Программир уемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 166 I / O 115 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 167 I / O 210 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 168 I / O 211 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 169 I / O 118 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 170 I / O 117 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 171 2 GND Общий выходных буферов – – 172 1 VCC Питание ядра – – 173 I / O 119 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовател ьский 174 2 VCC Питание выходных буферов – – 175 I / O 121 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 176 I / O 120 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 177 I / O 123 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 178 I / O 122 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 179 I / O 124 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 180 I / O 125 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 181 I / O 126 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользова тельский 182 I / O 127 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 183 I / O 128 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 184 I / O 129 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 185 I / O 130 Программируемый ввод - вывод Вхо д/выход Пользовательский 186 I / O 131 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 18 Продолжение таблицы 6 Номер вывода Обозначение вывода Функциональное назначение вывода Тип вывода Статус вывода 187 I / O 132 Программируемый ввод - вывод Вход/в ыход Пользовательский 188 3 VCC 3) Дополнительное питание ядра – – 189 1 VCC Питание ядра – – 190 2 VCC Питание выходных буферов – – 191 2 GND Общий выходных буферов – – 192 1 GND Общий ядра – – 193 3 VCC 3) Дополнительное питание ядра – – 194 INPUT2 Выделе нный вход Вход Пользовательский 195 CLOCK1 Глобальный тактовый вход Вход Пользовательский 196 INPUT3 Выделенный вход Вход Пользовательский 197 I / O 133 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 198 I / O 134 Программируемый ввод - вывод Вход/вы ход Пользовательский 199 I / O 135 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 200 I / O 136 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 201 I / O 137 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 202 I / O 139 Программируемый вв од - вывод Вход/выход Пользовательский 203 I / O 138 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 204 I / O 141 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 205 I / O 140 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 206 I / O 143 Про граммируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 207 I / O 142 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 208 1 VCC Питание ядра – – 209 I / O 144 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 210 2 GND Общий выходных буферов – – 21 1 2 VCC Питание выходных буферов – – Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 19 Продолжение таблицы 6 Номер вывода Обозначение в ывода Функциональное назначение вывода Тип вывода Статус вывода 212 I / O1 46 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 213 I / O1 45 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 214 I / O1 48 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 215 I / O1 47 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 216 I / O1 50 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 217 I / O1 49 Прогр аммируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 218 I / O 152 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 219 I / O1 51 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 220 I / O1 54 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 221 I / O1 53 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 222 I / O1 56 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 223 I / O1 55 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 224 3 VCC 3) Дополнительное питание ядра – – 225 I / O1 57 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 226 2 VCC Питание выходных буферов – – 227 2 GND Общий выходных буферов – – 228 1 GND Общий ядра – – 229 2 VCC Питание входных буферов – – 230 1 VCC Питание ядра – – 231 RES Сигнал глобального сб роса Вход Служебный 232 2 GND Общий входных буферов – – 233 I / O1 58 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 234 nRUN Вход разрешения рабочего режима Вход Служебный Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 20 Продолжение таблицы 6 Номер вывода Обозначение в ывода Функциональное назначение вывода Тип вывода Статус вывода 235 I / O1 60 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 236 I / O1 59 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 237 I / O1 62 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 238 I / O1 61 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 239 I / O1 64 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 240 I / O1 63 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 241 I / O1 66 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользова тельский 242 I / O1 65 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 243 I / O1 68 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 244 I / O1 67 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 245 1 VCC Питание ядра – – 246 I / O1 69 Прог раммируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 247 2 GND Общий выходных буферов – – 248 1 GND Общий ядра – – 249 I / O1 70 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 250 2 VCC Питание выходных буферов – – 251 I / O1 72 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 252 I / O1 71 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 253 I / O1 74 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 254 I / O1 73 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 255 I / O1 75 Програ ммируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 256 I / O1 76 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 257 I / O1 77 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 21 Продолжение таблицы 6 Номер вывода Обозначение в ывода Функционал ьное назначение вывода Тип вывода Статус вывода 258 I / O1 78 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 259 I / O1 79 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 260 I / O1 80 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 26 1 I / O1 81 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 262 I / O1 82 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 263 I / O1 83 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 264 3 VCC 3) Дополнительное питание ядра – – 265 1 VCC П итание ядра – – 266 2 VCC Питание выходных буферов – – 267 2 GND Общий выходных буферов – – 268 1 GND Общий ядра – – 269 3 VCC 3) Дополнительное питание ядра – – 270 I / O1 84 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 271 I / O1 85 Программируемы й ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 272 I / O1 86 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 273 I / O1 87 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 274 I / O1 88 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 275 I / O1 8 9 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 276 I / O1 90 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 277 I / O1 91 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 278 I / O1 93 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовател ьский 279 I / O1 92 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 280 I / O1 95 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 22 Продолжение таблицы 6 Номер вывода Обозначение в ывода Функциональное назначение вывода Тип вывода Статус вы вода 281 I / O1 94 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 282 I / O1 97 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 283 I / O1 96 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 284 2 GND Общий выходных буферов – – 285 1 GND Общий ядра – – 286 I / O1 98 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 287 2 VCC Питание выходных буферов – – 288 I / O 200 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 289 I / O 199 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательск ий 290 I / O 202 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 291 I / O 201 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 292 I / O 204 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 293 I / O 203 Программируемый ввод - вывод Вход/выхо д Пользовательский 294 I / O 206 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 295 I / O 205 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 296 I / O 208 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 297 I / O 207 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 298 RES_MODE Выбор режима глобального сброса Вход Служебный 299 I / O 209 Программируемый ввод - вывод Вход/выход Пользовательский 300 2 GND Общий входных буферов – – 301 TDI Вход данных JTAG Вход Служебный 302 1 GND О бщий ядра – – 303 1 VCC Питание ядра – – 304 2 VCC Питание входных буферов – – Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 23 Окончание таблицы 6 ___________ 1) После выхода микросхемы в рабочий режим вывод I / O 26 может быть использован как глобальный сигнал сброса всех триггеров ( DEV _ CLRn ), если это указано пользователем. 2) После выхода микросхемы в рабочий режим вывод I / O 27 может быть использован как глобальный сигнал разрешения третьего состояния всех элементов ввода - вывода ( DEV _ OE ), если это указано пользователем. 3) В процессе отладки проекта и в рабочем режиме на выводы 3 VCC подается напр я- жение 1,8 В ± 5 %, при программировании – 7,0 В ± 5 %). 4 Конструктивные особенности ПЛИС Результатом проектирования в САПР MAX+PLUS II или Quartus II явл я- ется файл, который необходимо преобразовать с п омощью специального пр о- граммного обеспечения ©Инструментарий для программирования дополн и- тельных режимов работы и расширенной функциональности элементов вв о- да/вывода ПЛИС 5578ТС034ª . Преобразованный файл созд а ется в формате . rbf или . jam . ПЛИС имеет расшир енную функциональность элементов ввода - выв о да, выд е ленных и глобальных тактовых входов (режимы Pull - Up, Pull - Down, Bus - Hold) . Эти режимы также реализуются при помощи программного обеспеч е ния ©Инструментарий для программир о вания дополнительных режимов работ ы и расширенной функциональности элементов вв о да/вывода ПЛИС 5578ТС034ª . ПЛИС содержит следующие основные конструктивные элементы: лог и- ческие блоки, блоки встроенной памяти, конфигурационную п а мять , элементы вв о да - вывода, буферы ввода - вывода, блок управлен ия программированием, блок управления тестированием, систему глобальных и локальных межсоед и- нений. На рисунке 2 представлена электрическая структурная схема ПЛИС 5578ТС034. Система глобальных и локальных межсоединений осуществляет связь между логическими б локами, блоками встроенной памяти и элементами ввода - выв о да. Ячейки конфигурационной памяти управляют коммутацией и режим а ми раб о ты логических блоков, блоков встроенной памяти и элементов ввода - вывода. Конфигурацио н ная память содержит 1 315 440 ячеек. Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 24 ПЛИС содержит встроенный блок JTAG, соответствующий стандарту IEEE Std 1149.1, который позволяет провести многократное конфигурирование ПЛИС в режиме отладки проекта, однократное программирование конфигур а- ционной памяти микросхемы, периферийное сканирование и тестирование ПЛИС в составе сист е мы. Рисунок 2 – Схема электрическая структурная микросхемы интегральной 5578ТС034 Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 25 Блок управления программированием осуществляет загрузку конфиг у- рационных данных в конфигурационную память ПЛИС в ре жиме отладки пр о- екта и в режиме однократного программир о вания. Блок управления тестированием позволяет провести периферийное ск а- нирование, проверить работу П ЛИС без использования специального оборуд о- вания для тестирования путем подачи и вычитывания тестовы х сигналов через Boundary - Scan регистр. 4.1 Логический блок ПЛИС 5578ТС034 включает 624 логических блока, которые образуют матрицу из 12 рядов и 52 колонок. Логические блоки используются для реализации логики, счетчиков, сумматоров, к о нечных автоматов сос тояний, мультиплексоров. В САПР MAX+PLUS II или Quartus II каждый логический блок обозн а- чен соответственно своему месторасположению: буква латинского алфавита обозн а чает ряд, а цифра – колонку. Ряды микросхемы промаркированы буквами A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L , а колонки цифрами 1 – 52. Так, например, лог и- ческий блок B3 находится в ряду B, в колонке 3. Структурная схема логического блока приведена на рисунке 3. Рисунок 3 – Структурная схема логического блока Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 26 Логический блок подключен к системе ме жсоединений 26 - входными и 8 - выходными каналами. Управление триггерами логических элементов логич е- ского блока осуществляется с помощью четырех сигналов с программ и руемой инверсией, каждый из которых может быть использован во всех восьми логич е- ских элементах . Два из этих сигналов используются как такт о вые, два – как сигналы сброса и установки. Источником управляющих сигн а лов могут быть глобальные тактовые входы, выделенные входы или внутренние сигналы си- с темы локальных межсоединений логического блока. В больш инстве случаев в качестве источников управляющих сигналов используются глобальные такт о- вые и выделенные входы. Цепи каскадирования и переноса, объединяющие более восьми логич е- ских элементов, реализуются путем соединения четных или нечетных логич е- ских блоко в в ряду. 4.2 Логический элемент Каждый логический блок состоит из восьми логических элементов, предназначенных для реализации различных логических функций. Всего ПЛИС содержит 4 992 логических эл е ментов. Логический элемент состоит из 4 - входовой таблицы п реобразования (look - up table – LUT), которая представляет собой генератор функций, спосо б- ный реализовать функцию четырех переменных. Генератор функций ч е тырех переменных может быть преобразован в два генератора функций трех переме н- ных и мультиплексор. Кром е того, каждый логический элемент содержит пр о- граммируемый триггер, цепи переноса и каскадирования. Программируемый триггер может быть сконфигурирован как триггер D, T, JK или SR - типа. Источником сигналов управления триггером (тактовый сигнал, сброс, устан овка) могут быть глобальные тактовые входы, выделе н ные входы или внутренние сигналы системы локальных межсоединений логическ о- го блока. При реализации комбинаторных функций триггер не используе т ся и сигнал с выхода генератора функций будет поступать на выхо д логич е ского элемента. Функция переноса позволяет реализовывать быстродействующие сче т- чики и сумм а торы произвольной ширины. С помощью цепи каскадирования реализуются функции, имеющие большой коэффициент объединения по входу. Соседние логические элеме н ты м огут быть использованы для п а раллельного вычисления частей функции, а цепь каскадирования последовательно соединяет промежуточные результ а ты. Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 27 Цепь каскадирования может использовать логич е ские функции ©ИЛИª и ©Иª для соединения входов соседних логических эл ементов. Каждый дополнител ь- ный логический элемент добавляет четыре входа к эффективной ширине фун к- ции. Структурная схема ЛЭ показана на рисунке 4. Рисунок 4 – Структурная схема логического элемента ПЛИС 4.2.1 Режимы работы логического элемента Логический элемент имеет четыре рабочих режима: - нормальный режим; - арифметический (счетный) режим; - режим суммирующего/вычитающего счетчика; - режим сбрасываемого счетчика. Во всех четырех режимах вход data1 может быть использован для си н- хронного ра з решения такт ового сигнала триггера. Нормальный режим предназначен для большинства логических прил о- жений и функций декодирования, использующих преимущества цепи каскад и- рования. В данном режиме входами генератора функций могут быть следу ю- щие сигналы: - data1, data2, dat a3, data4; - data 1, data 2, data 4 и сигнал с входа цепи переноса. Сигнал с выхода генератора функций может быть скомбинирован с входным сигн а лом цепи каскадирования. Генератор функций и триггер логического элемента могут использоват ь- ся независ и мо друг от др уга. В этом случае на генераторе функций реализуется функция трех переме н ных, а сигнал data 4 может быть использован в качестве данных триггера логического элемента (р и сунок 5 ). Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 28 Выходными сигналами логического элемента являются комбинирова н- ный сигнал и вы ходные данные программируемого триггера, которые могут быть скоммутированы на локальные и глобальные межсоединения в зависим о- сти от режима работы блока коммутации. Например, сигнал с триггера может быть скоммутирован на глобальное межсоедин е ние, в то время , как выходной сигнал с генератора функций – на локальное. Рисунок 5 – Нормальный режим работы логического элемента Арифметический режим (рисунок 6) предназначен для реализации су м- маторов, акк у муляторов и компараторов. В данном режиме сигналы data1, data 2 и сигнал с входа цепи переноса являются входными сигналами для двух 3 - входовых генераторов функций. Первый из них реализует функцию трех пер е- менных. Второй генератор функций формирует сигнал цепи переноса. Арифм е- тический режим также поддерживает одноврем енное использование цепи ка с- кадирования. Рисунок 6 – Арифметический режим работы логического элемента Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 29 В режиме суммирующего/вычитающего счетчика (рисунок 7) один из 3 - входовых генераторов функций формирует данные счетчика с помощью сигн а- лов управления data1, о б ратной связи триггера, входа цепи переноса, другой – формирует сигнал переноса с пом о щью сигналов управления обратной связи триггера, data2, входа цепи переноса. Сигнал data4 предназначен для реализ а- ции возможности синхронной загрузки данных. Загр узка данных может быть асинхронной без использования ресурсов генератора функций с помощью си г- налов сброса и установки триггера. Функцию сброса в режиме суммирующ е- го/вычитающего сче т чика выполняет входной сигнал цепи каскадирования. Рисунок 7 – Режим с уммирующего/вычитающего счетчика Режим сбрасываемого счетчика (рисунок 8) подобен режиму суммиру ю- щего/вычитающего счетчика, но в отличие от него поддерживает синхронный сброс с входа data2. Рисунок 8 – Режим сбрасываемого счетчика Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 30 4.2.2 Сброс и уста новка программируемого триггера логического элемента Управление сбросом и установкой программируемого триггера логич е- ского элемента осуществляется с помощью сигналов data3, S1, S2. Сигналы S1 и S2 могут осуществлять асинхронный сброс и/или установку. Кроме того, триггер может работать в режиме асинхронной загрузки. В этом случае данные для загрузки поступают с входа data3, а сигнал S1 разр е шает асинхронную загрузку. В процессе компиляции проекта программным обеспечением автомат и- чески выбирается оптимальный уровень сигнала для выполнения требуемой фун к ции. Так как для функции сброса активным является низкий уровень, а для установки – высокий, то компилятор автоматически устанавливает на неи с- пользуемые входы сброса или установки требуемый неакти в ный уровень. В ывод глобального сброса предназначен для подачи сигнала сбрасыв а- ния всех три г геров и имеет приоритет над другими сигналами. Данная опция может быть включена на этапе ввода данных в проект. Сброс и установку триггеров можно проводить в следующих шести р е- жи мах: - асинхронный сброс; - асинхронная установка; - асинхронный сброс и установка; - асинхронная загрузка со сбросом; - асинхронная загрузка с установкой; - асинхронная загрузка без сброса или без установки. На рисунке 9 показаны режимы сброса и установки триггеров. Асинхронный сброс триггера может быть выполнен одним из двух си г- налов S1 или S2. В этом режиме сигнал установки не активен и подключен к GND. Асинхронная установка триггера может быть выполнена одним из двух сигналов S1 или S2. В этом режиме си гнал сброса не активен и подключен к VCC. Кроме того, с пом о щью программного обеспечения можно проводить установку за счёт использования сброса и и н вертирования выхода триггера. При выполнении асинхронного сброса и установки, сигнал S1 управляет установко й (асинхронно загружает единицу в триггер), а сигнал S2 – сбросом. При выполнении асинхронной загрузки со сбросом, сигнал S1 разрешает асинхро н ную загрузку с входа data3. Активный сигнал на S2 предназначен для сброса триггера. Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 31 При выполнении асинхронной з агрузки с установкой, сигнал S1 разр е- шает асинхронную загрузку с входа data3. Активный сигнал на S2 может пр о- изв о дить установку триггера, но не может управлять его загрузкой. При выполнении асинхронной загрузки без установки или сброса три г- гера, сигнал S1 разрешает асинхронную загрузку с входа data3 и контролирует сброс и установку три г гера. Рисунок 9 – Управление логикой сброса и установки 4.3 Блок встроенной памяти Программируемая логическая микросхема содержит 12 блоков встрое н- ной памяти, каждый из к оторых имеет объем памяти 4 096 бит и содержит регистры на входе и выходе. Блоки встроенной памяти могут быть использованы для создания си н- хронного или асинхронного ОЗУ, двухпортового ОЗУ, FIFO. Возможны сл е ду- ющие конфигурации встр о енной памяти: 256×16, 5 12×8, 1 024×4, 2 048×2. Для управления входными и выходными регистрами блоков встроенной памяти и генерации сигнала разрешения записи можно использовать независ и- мые тактовые сигналы выделенных входов, глобальных тактовых входов или Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 32 внутренних сигналов сис темы локал ь ных межсоединений блоков встроенной памяти. Входные данные и входы адреса блоков встроенной памяти подключ е- ны через систему локальных ме ж соединений к ряду системы межсоединений. Выходные данные можно коммутировать на ряд и на колонку системы меж с о- единений. Блоки встроенной памяти поддерживают одно - и двухпортовый режим работы. В двухпортовом режиме, благодаря возможности использования нез а- висимых тактовых сигналов для записи и чтения, запись и чтение могут прои з- водиться с разной скоростью. Кроме того, разделенные сигналы разрешения записи и чтения позволяют осуществлять независимый контроль записи и чт е- ния. Структурная схема блока встроенной памяти в двухпортовом режиме показана на рисунке 10, в однопортовом режиме – на рисунке 11. Р и с у нок 10 – Стру к турная схема блока встроенной памяти в двухпортовом р е жиме Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 33 Рисунок 11 – Структурная схема блока встроенной памяти в однопортовом режиме 4.4 Система межсоединений Коммутация логических блоков, блоков встроенной памяти и элеме нтов ввода - вывода осуществляется с помощью системы глобальных межсоединений (рядов и колонок), которые связывают устройство в единое целое. Структурные элементы системы глобальных межсоедин е ний приведены в таблице 7. Таблица 7 Тип ПЛИС Количество рядов К оличество каналов в р я ду Количество колонок Количество каналов в колонке 5578ТС034 12 312 52 24 При такой структуре трассировки логические элементы могут соед и- няться друг с другом при помощи только одного канала из ряда системы гл о- бальных межсоединений, что обеспечивает фиксированную задержку даже при реализ а ции сложных проектов. Данные из каналов ряда системы глобальных межсоед и нений поступают в систему локальных межсоединений и далее на входы логич е ских блоков и блоков встроенной памяти. Каждый ряд лог ических блоков и блоков встроенной памяти имеет свой набор гор и зонтальных каналов из ряда межсоединений. На входы логических Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 34 блоков и блоков встрое н ной памяти сигналы приходят только с каналов рядов системы межсоединений. Каждый логический элемент в логиче ском блоке имеет выход на два к а- нала из ряда межсоединений. На каждый из этих каналов сигнал может зав о- диться с трёх каналов из колонки межсоединений. Такая организация выходн о- го коммутатора позволяет осуществлять переход с каналов колонки межсоед и- нений на каналы ряда. Каждая колонка логических блоков и блоков встроенной памяти имеет свой набор вертикальных каналов из колонки межсоединений. Колонка, обсл у- живающая блок встроенной памяти имеет в два раза больше каналов, чем к о- лонка, обслуживающая логический блок. Данные с каналов колонки системы гл о бальных межсоединений поступают на элементы ввода - вывода. Каждый логич е ский элемент в логическом блоке имеет выход на два канала из колонки межсоединений. В пределах каждого логического блока можно осущес т вить пере ход с шести каналов из ряда на шесть каналов из колонки межсоединений (рис у нок 12). Рисунок 12 – Подключение логического блока к колонке и ряду системы межсоедин е ний Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 35 Связь между логическими блоками и блоками встроенной памяти, расп о- ложенными в разных р ядах, осуществляется посредством колонки межсоедин е- ний. В этом случае сигнал из к о лонки межсоединений должен быт ь перенесен в ряд межсоединений прежде , чем он поступит на вход логического блока и бл о- ка встроенной памяти. Для оптимизации трассировки ряды ме жсоединений включают в себя к а- налы двух типов: - каналы полной длины (Global Fast Track), которые обслуживают все л о- гические бл о ки и блоки встроенной памяти в ряду; - каналы половинной длины (Half Fast Track), которые в свою очередь д е- лятся на к а налы левой половины ряда (Left Half Fast Track) и каналы правой половины ряда (Right Half Fast Track). Каналы типа Left Half Fast Track обсл у- живают логические блоки и блоки встр о енной памяти из левой половины ряда, а каналы типа Right Half Fast Track обслуживают л о г ические блоки памяти из правой половины ряда. Выходы логических элементов могут быть скоммутир о- ваны как на каналы полной длины, так и на каналы половинной длины, поэтому соседние логические блоки могут быть соединены за счёт использования пол о- вины канала, при этом сохраняется другая половина канала для другой полов и- ны ряда. Выходы блоков встроенной памяти могут быть скоммутированы тол ь- ко на каналы с полной дл и ной. Рисунок 13 показывает связь логических блоков с рядами и колонками межсоединений, а так же свя зь логических блоков по цепям каскадир о вания и переноса. Логические блоки и логические элементы ПЛИС также связаны внутре н- ними межсоединениями, к которым отн о сятся: - внутренние быстрые глобальные межсоедин е ния (Fast Track Interconnect); - сп е циал и зир о ванн ые цепи пер е носа, обе с печ и ва ю щие по д держку ари ф- метических функций, таких как быстродействующие суммат о ры, счётчики и компараторы (используется автоматически программным обеспеч е нием); - специализированные цепи каскадирования, обеспечивающие поддержку высок оск о ростных функций с высоким коэффициентом разветвления на входе (используется автомат и чески программным обеспечением). Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 36 Рисунок 13 – Структура системы межс о единений Кроме системы глобальных межсоединений ПЛИС имеет четыре выд е- ленных входа и два глобальных тактовых входа, которые обеспечивают про- х о ждение сигналов с малым ра з бросом (skew) по всему устройству. Эти шесть входов могут быть использованы для глобального тактирования, сброса, уст а- новки и управления третьим состоянием, а такж е в качестве входов данных для всех логических блоков, блоков встроенной памяти и элеме н тов ввода - вывода. 4.5 Элемент ввода - вывода Для согласования ПЛИС с внешними устройствами используются эл е- менты ввода - вывода. Количество элементов ввода - вывода равно 1 6 – в каждом ряду и 4 – в каждой коло н ке. ПЛИС имеет расширенную функциональность пользовательских эл е- ментов ввода - вывода, выделенных и глобальных тактовых входов: - режим P ull - U p – включает программируемый нагрузочный резистор для установления и поддержки на выводах пользователя высокого логич е ского уровня; Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 37 - режим P ull - D own – включает программируемый нагрузочный резистор для установления и поддержки на выводах пользователя низкого логическ о го уровня; - режим B us - H old – включает программируемую функцию уд ержания выводов пол ь зователя в последнем состоянии. Такие режимы работы элементов ввода - вывода, выделенных и глобал ь- ных тактовых входов позволяют исключить ©плавающееª состояние на выв о- дах микросхемы, которые находятся в Z - состоянии и предотвратить их непр е д- намеренное переключение в случае отсутствия сигнала на шине управления. Режимы P ull - U p, P ull - D own, B us - H old являются взаимоисключающими. Пр о- граммирование расширенной функциональности элементов ввода - вывода ПЛИС проводится с помощью программного обеспечен ия ©Инструментарий для программирования дополнительных режимов работы и расширенной фун к- циональности элементов вв о да/вывода ПЛИС 5578ТС034ª . Элементы ввода - вывода ПЛИС имеют индивидуальный сигнал разреш е- ния третьего состояния для каждого вывода, возможност ь использования опции ©открытый стокª для каждого вывода, программируемую опцию slew - rate control для снижение помех при пер е ключениях, программируемый триггер. Схема элемента ввода - вывода приведена на рисунке 14. Он содержит двунаправле н ный буфер и тригге р, который можно использовать как входной регистр для внешних данных с малым временем предустановки или как выхо д- ной регистр с малым временем задер ж ки сигнала от тактового входа до выхода. Каждый элемент ввода - вывода может быть сконфигурир о ван как вход, вы ход или двунаправленный вход/выход. Для сокращения времени удержания сигнала предусмотрено включение программ и руемой задержки. В случае необходимости сокращения времени предустановки программ и руемая задержка может быть отключена. Элементы ввода - вывода обсл уживаются высокоскоростной перифери й- ной шиной управления. Эта шина состоит из 12 разрядов, которые можно ра з- делить по функциональн о му назначению следующим образом: - до восьми сигналов управления третьим состоянием; - до шести сигналов разрешения тактового сигнала; - до двух тактовых сигналов; - до двух сигналов сброса. При необходимости использования более восьми сигналов управления третьим с о стоянием или более шести сигналов разрешения тактового сигнала могут быть задействованы дополнительные сигналы, пос тупающие со спец и- Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 38 ально предназначенных горизо н тальных или вертикальных каналов системы глобальных межсоединений. Рисунок 14 – Схема элемента ввода - вывода В дополнение к двум тактовым сигналам, имеющимся в периферийной шине упра в ления, к аждый элемент ввода - вывода может управляться одним из двух глобальных тактовых вх о дов. На каждый разряд периферийной шины управления сигнал может п о- ступать с любого из четырех выделенных входов или с любого из двух гл о- бальных тактовых входов. Кроме того, н а каждый разряд периферийной шины управл е ния сигнал может поступать с первого логического элемента каждого логического блока через ряд межсоединений или с других логических элеме н- тов через колонку межсоединений. Сигнал глобального сброса осуществляет сброс всех триггеров элеме н- тов ввода - вывода независимо от значения других сигналов управления. В таблице 8 приведены периферийные сигналы управления и ряды, в к о- торых они формируются. Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 39 Таблица 8 – Формирование периферийных сигналов управления Периферийный с игнал управления Ряд, управляющий гл о бальным сигналом OE0 A OE1 C OE2 E OE3 L OE4 I OE5 K ENA0/CLK0 F ENA1/OE6 D ENA2/CLRN0 B ENA3/OE7 H ENA4/CLRN1 J ENA5/CLK1 G 4.5.1 Соединение элементов ввода - вывода с горизонтальными каналами На рис унке 15 показана коммутация между элементами ввода - вывода и рядом межс о единений. Когда элемент ввода - вывода сконфигурирован как вход, то он может управлять двумя каналами ряда, которые доступны всем логич е- ским элементам данного ряда. Когда элемент ввода - вы вода сконфигурирован как выход, сигнал на вывод микросхемы п о ступает с одного из 39 каналов ряда. К каждому ряду межсоединений подключено по в о семь элементов ввода - вывода с левой и правой сторон кристалла. Рисунок 15 – Коммутация элементов ввода - вывода и ряда межсоединений Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 40 4.5.2 Соединение элементов ввода - вывода с вертикальными каналами На рисунке 16 показано соединение между колонкой межсоединений и элементами ввода - вывода. К каждой колонке межсоединений подключено по два элемента ввода - вы вода с верхней и нижней сторон кристалла. Когда эл е- мент ввода - вывода сконфигурир о ван как вход, то он может управлять двумя каналами из колонки. Когда элемент ввода - вывода сконфигурирован как в ы ход, сигнал на вывод микросхемы поступает с одного из 16 канало в колонки. Рисунок 16 – Коммутация элементов ввода - вывода и колонки межсоединений 4.5.3 Контроль скорости нарастания выходного напряжения Выходные буферы в каждом элементе ввода - вывода имеют регулиру е- мую скорость изменения выходного напряжения. Возможна н астройка выхо д- ного буфера под малошумящий или высокоскоростной режим работы. Пониж е- ние скорости изменения выходного напряжения уменьшает помехи по шинам питания и приводит к увеличению времени задержки. Большую скорость изм е- нения выходного напряжения следу ет использовать для цепей в достаточной мере защищенных от помех. 4.5.4 Выход с открытым ст о ком Любой пользовательский элемент ввода - вывода можно сконфигурир о- вать как выход с открытым стоком (электрический эквивалент открытого ко л- лектора). Наличие этой о пции позволяет обеспечить получение сигналов ко н- Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 41 троля системного уровня (такие как сигнал прер ы вания, сигнал разрешения записи), а также дает возможность реализации логической схемы типа монта ж- ного ©ИЛИª. 4.6 Блок JTAG ПЛИС содержит встроенный блок JTAG, соответствующий стандарту IEEE Std 1149.1, который предназначен для многократного конфигурирования ПЛИС в режиме отладки проекта, однократного программирования конфигур а- ционной памяти микросхемы, проведения периферийного сканирования и те- с тирования ПЛИС в составе сист е мы. Конструкция блока JTAG представлена на рисунке 17. Назначение управляющих в ы водов TDI, TDO, TMS, TCK приведено в таблице 9. Рис у нок 17 – Блок JTAG Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 42 Таблица 9 – Назначение и описание внешних выводов блока JTAG О бозначение вывода Функциональное н а значение вывода Описание TDI Вход данных JTAG Последовательный вход данных. Данные захв а- тываются по переднему фронту сигнала TCK TDO Выход данных JTAG Последовательный выход. Данные выв о дятся по заднему фронту сигнала T CK . Если выход не используется, то он нах о дится в Z - состоянии TMS Управление состоянием TAP контроллера JTAG Вход сигнала, управляющего переходами авт о- мата состояний TAP контроллера. Сигнал TMS должен быть установлен до срабатывания п е- реднего фронта T С K TCK Тактовый вход JTAG Вход тактового сигнала Подробное описание временных параметров и инструкций блока JTAG представлено в инструкции по программированию ГПКФ.431263.00 2 Д4. 4.7 Система периферийного сканирования Система периферийного сканирования пре дставляет собой последов а- тельный сдв и говый регистр, вход которого подключен к выводу TDI, а выход подключен к TDO. На рисунке 18 представлена конструкция регистра периф е- рийного сканирования (Boundary - Scan). Ячейка Boundary - Scan регистра представлена на рис унке 19. Ячейки си- стемы пер и ферийного сканирования, каждая из которых содержит 3 бита, объ- единены в Boundary - Scan р е гистр. Длина Boundary - Scan регистра ПЛИС со- ставляет 1 050 бит. Рисунок 18 – Конструкция Boundary - Scan регистра Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 43 Рисунок 19 – Ячейка Boundary - Scan регистра 5 Расчет рассеиваемой мощности ПЛИС Приведенный ниже расчет позволяет получить приблизительную оценку рассеива е мой мощности Р tot (Вт) конкретного проекта. Рассеиваемую мощность Р tot , Вт, вычисляют по формуле Р tot = Р tot 1 + Р tot 2 , (1) где Р tot 1 – рассеиваемая мощность ядра, Вт; Р tot 2 – рассеиваемая мощность периферии, Вт. Рассеиваемую мощность ядра Р tot 1 , Вт, вычисляют по формуле Р tot 1 = ( I CC 1 + I О CC 1 ) · U CC 1 , (2) где I CC 1 – ток потребления ядра, А; I О CC 1 – динами ческий ток потребления ядра, А; U CC 1 – напряжение питания ядра, В. Динамический ток потребления ядра I О CC 1 , А, вычисляют по формуле I О CC1 = К · f C · N LC · tog LC · 10 – 6 , (3) где K – коэффициент пропорциональности величины тока потребления от част о- ты, мкА /МГц. Данный коэффициент зависит от проекта (конфигурации логич е- ского элемента и нагрузки, подключенной к его выходу) и внешних условий (напряжения питания и температуры). Для типового проекта К = 4,9 мкА/МГц; Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 44 f C – частота следования импульсов тактового с игнала, МГц, определяемая разрабо т чиком аппаратуры; N LC – количество задействованных в данном проекте логических элеме н тов; tog LC – средняя доля от задействованных в проекте логических элементов, перекл ю чающихся по каждому такту (типовое значение 0,125). Р ассеиваемую мощность периферии Р tot 2 , Вт, вычисляют по формуле Р tot 2 = I CC 2 · U CC 2 + ∑ I OLi · U OLi + ∑| I OHi | · ( U CC 2 − U OHi ) + I OCC 2 · U CC 2 , (4) где I CC 2 – ток потребления периферии, А; I OLi – ток нагрузки низкого уровня для i - го выхода, А; U OLi – выходное нап ряжение низкого уровня для i - го выхода, В; I OHi – ток нагрузки высокого уровня для i - го выхода, А; U OHi – выходное напряжение высокого уровня для i - го выхода, В; I OCC 2 – динамический ток потребления периферии, А; U CC 2 – напряжение питания периферии, В. Дин амический ток потребления периферии I OCC 2 , А, вычисляют по фо р- муле I OCC2 = 0,5 · C L · f C · N IO · tog IO · (U OH − U OL ) · 10 – 6 , (5) где C L – средняя ёмкость нагрузки на выходе ПЛИС, пФ; N IO – количество задействованных в данном проекте элементов ввода - вывода; to g IO – средняя доля от задействованных в проекте элементов ввода - вывода, пер е ключающихся по каждому такту (типовое значение 0,125). Взам. инв. № Подп. и дата Подп. и дата Инв. № подл. Инв. № дуб л. ГПКФ.431263.002ТО 45 ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМ ЕНЕНИЙ Изм. Номера листов (страниц) Всего листов (страниц) в докум. № докум. Подп. Дата изме - нён - ных заме - нён - ных новых аннули - рован - ных
Приложенные файлы
