Аппаратные и программные

2.1.6 Программируемая логическая матрица 
PAL (Programmable Array Logic) – программируемая логическая матрица 
(ПЛМ). Представляет собой простую программируемую логическую 
интегральную схему (ПЛИС). 
ПЛМ делаются на базе технологии ПЗУ, то есть они программируются 
однократно. Внутри, ПЛМ представляют собой несколько логических 
элементов «И» с перемычками на входах, выходы которых подключены 
фиксированным образом к элементам «ИЛИ». Процесс программирования 
заключается в пережигании перемычек (на рисунке они показаны волнистой 
линией) с целью получения нужной булевой функции. 

---

47 
Рисунок 8. Фрагмент ПЛМ: входной и выходной буфер, матрица И (2 терма), матрица ИЛИ 
2.1.7 CPLD 
CPLD (complex programmable logic device) – электронное устройство, 
принадлежащее к классу программируемых электронных схем (ПЛИС) и 
находящееся по сложности между FPGA и PAL. CPLD состоят из блоков 
логических вентилей, объединенных программируемой коммутационной 
матрицей. В отличие от FPGA, схемы CPLD делают обычно на базе 
энергонезависимой памяти. В последнее время, различия между CPLD и FPGA 
постепенно стираются. 
2.1.8 FPGA 
FPGA (Field-Programmable Gate Array) представляет собой множество 
однотипных логических элементов, соединить которые можно с помощью 
программируемой коммутационной схемы. Основная цель создания FPGA 
состоит в том, чтобы позволить проектировщику с помощью относительно 
простых технологий, в лабораторных условиях получить на кристалле 
достаточно сложное и при этом ещё и работающее цифровое устройство. Итак, 
что мы выигрываем при использовании технологии FPGA? Во-первых, мы 
избавляемся от сложного производства интегральных схем. Во-вторых, 
упрощается проектирование кристалла из-за отсутствия проблем с топологией 
микросхемы и взаимным влиянием различных узлов. Что мы теряем? Мы 
теряем 
производительность, 
снижаем 
надежность, 
увеличиваем 
чувствительность к помехам, увеличиваем энергопотребление кристалла и 
получаем меньшую отдачу от использования площади кристалла из-за роста 
количества вентилей в 20..30 раз.
К основным направлениям применения FPGA можно отнести: 
прототипирование, симуляцию и изготовление мелко и среднесерийных 

---

48 
устройств. При достаточно больших партиях устройств становится 
экономически выгодным изготовление ASIC. 
Схемы строятся на баз логических элементов. Каждый логический элемент 
FPGA состоит из двух основных частей: программируемого логического 
элемента (так называемый LUT — Lookup Table) и триггера на выходе.
Рисунок 9. Логический элемент FPGA 
Один логический элемент состоит из нескольких десятков логических 
вентилей сделанных в базисе 2 И-НЕ или 2 ИЛИ-НЕ. Программируемый 
логический элемент содержит в себе таблицу истинности, позволяющую 
реализовать любую комбинационную схему. Как правило, такого рода 
элементы выполняют в виде набора регистров памяти. Так называемая 
конфигурационная память FPGA, содержит в себе информацию необходимую 
для соединения логических элементов и таблицы истинности для LUT.
Логические элементы, составляющие FPGA, принадлежат уровню RTL. Их 
соединение хорошо описывается структурными VHDL и Verilog. Используемая 
модель вычислений — модель дискретных событий. 
По мере совершенствования технологий производства интегральных схем 
появляется тенденция к укрупнению базовых элементов FPGA. В большинство 
современных моделей добавляют память, элементы арифметико-логических 
устройств, умножители и целые процессорные ядра.