Что такое CPLD?

Что такое CPLD?

Сложное программируемое логическое устройство (CPLD) — это перезаписываемое логическое устройство с относительно сложной структурой схемы.

CPLD сделали разработку продуктов проще и дешевле, чем когда-либо прежде.

Применение CPLD

CPLD широко используются в платах управления различных потребительских и промышленных продуктов, таких как:

• Цифровые камеры и многофункциональные устройства.
• Смартфоны.
• Автомобильные органы управления и автомобильные навигационные системы.
• Игровые консоли.

CPLD используются в цепях управления, в частности, для управления силовыми цепями. Они часто отвечают за управление порядком подачи питания на схемы, схемы выбора напряжения и другие функции.

Принцип работы CPLD

CPLD состоит из блока, в котором интегрированы несколько программируемых логических схем, и области проводки, которая соединяет различные блоки. Блок состоит из трех макроячеек со структурами вентилей И-ИЛИ, триггера D-типа для хранения одного бита информации как 0 или 1 и контактов ввода-вывода для ввода и вывода.

Макроячейка вводит цифровые сигналы с контакта ввода и выводит сигналы на контакт вывода с помощью программируемой пользователем логической схемы. Внутренние первичные данные хранятся в триггерах.

Область маршрутизации — это соединение между блоками и выходными данными через один или несколько блоков.

Другая информация о CPLD

1. Различия между CPLD и FPGA

Программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA) похожи на CPLD тем, что они используют энергозависимую память, что означает, что данные схемы теряются при отключении питания.

CPLD, с другой стороны, используют энергонезависимую память, такую ​​как EEPROM или флэш-память, которая сохраняет данные схемы. Существует также разница в масштабе.

FPGA имеют десятки тысяч вентилей, тогда как CPLD имеют только несколько тысяч. Поэтому CPLD используются для предоставления проектных данных для FPGA при включении питания, в то время как FPGA используются для выполнения крупномасштабных логических схем.

Кроме того, задержка варьируется в зависимости от того, где расположены логические блоки, что затрудняет прогнозирование для FPGA. Напротив, задержку легче предсказать для CPLD, поскольку количество макроячеек, которые должны быть маршрутизированы через них, фиксировано.

2. История CPLD

CPLD были разработаны для замены логических устройств TTL и CMOS около 30 лет назад. В то время схемы строились путем объединения логических ИС общего назначения только с функциями NOT и AND.

Серия 7400 от Texas Instruments (TI) хорошо известна, но говорят, что инженерам в то время приходилось запоминать сотни устройств. Проблема заключалась в том, что по мере усложнения схем требовались десятки или сотни логических ИС общего назначения, что приводило к огромным размерам плат.

По мере миниатюризации транзисторов стало возможным реализовать тысячи или десятки тысяч логических ИС общего назначения в нескольких БИС, что ускорило разработку CPLD.

3. Процесс разработки CPLD

Процесс разработки для проектирования CPLD подразделяется на следующие этапы: логическое проектирование, логический синтез, размещение и маршрутизация, проверка синхронизации и программирование.

• Логическое проектирование
  Проектирование схем, также известное как проектирование RTL, выполняется с использованием языков описания оборудования, таких как Verilog и VHDL.
• Логический синтез
  Преобразует схему, выраженную на языке описания оборудования, в список соединений, который может быть реализован в CPLD. Описание схемы интерпретируется и преобразуется в логические выражения, такие как NOT и AND. На этом этапе также выполняется оптимизация для повышения скорости работы схемы и уменьшения площади кристалла.
• Размещение и маршрут
  Это определяет, как содержимое списка соединений размещается внутри CPLD. Рассчитывается время, необходимое для стабилизации выходов объединенной схемы, и регулируется синхронизация выходных сигналов для уменьшения изменчивости.
• Проверка синхронизации
  Определение времени задержки для элементов внутри CPLD и выполнение моделирования.
• Программирование
  На основе окончательного проекта данные, полученные с помощью инструментов разработки, передаются в CPLD.