Full Text

Логический элемент (ЛЭ) программируемых логических схем (ПЛИС) FPGA (field-programmable gate array) имеет своей основой постоянное запоминающее устройство ПЗУ, называемое Logic Cell, а чаще - LUT - Look Up Table (просмотровая таблица - имеется в виду таблица истинности). LUT выполнен на основе мультиплексора, который строится в виде дерева из элементарных мультиплексоров 2-1 на базе передающих МОП-транзисторов, входы данных которого настраиваются так называемыми конфигурируемыми ячейками статической памяти SRAM [1]. На рис. 1 представлен пример LUT на два информационных (адресных) входа. Рис. 1. LUT на два информационных (адресных) входа - дерево 4-1 Загружая в конфигурационную память SRAM значения таблицы истинности логической функции двух переменных, можно реализовать 16 функций двух переменных F(Х2Х1). Стандартное число входов (адресных входов ПЗУ), как правило, равно четырём, однако современные «продвинутые» ПЛИС имеют сложные, перестраиваемые LUT с числом входов 6,7, например [2-4]. Имеются сообщения о LUT с числом входов, равным 8. Тем не менее, всегда реализуется только одна из возможных логических функций, информации о LUT, реализующей системы функций, автором найдено не было. 2. Логический элемент DC - LUT. Как известно, в КМДП-транзисторах, используемых в LUT, при одинаковых топологических характеристиках стоки и истоки транзисторов фактически эквивалентны. Транзисторная схема, «обратная» структуре LUT (см. рис. 1), может быть получена путём «разворота» LUT на 180 град (рис. 2) [5, 6]. Рис. 2. Транзисторная схема - дешифратор DC - LUT 2, структура, «обратная» структуре рис. 1 При этом, в соответствии с правилами проектирования цепей из передающих транзисторов [7] необходимо для каждого выходного инвертора на рис. 2 создать альтернативную цепочку, гарантированно переводящую его выход, например в единицу. Для этого используется выражение, двойственное конъюнкции, описывающей соответствующую цепочку в обратном дереве (рис. 3). Получаем дешифратор с выходными функциями z (без учёта альтернативных цепочек): Далее, m раз объединяя по ИЛИ соответствующие выходы из выходов, получим реализацию системы из m,n-разрядных логических функций на основе совершенных дизъюнктивных нормальных форм (СДНФ) [5, 6]. Для структуры, изображённой на рис. 2, могут программироваться связи выходов 0,1,2,3 с соответствующими элементами ИЛИ с целью реализации систем логических функций. Такое программирование может быть реализовано аналогично программированию межсоединений (рис. 4) [1]. Рис. 3. Нулевой разряд DC LUT2 с альтернативной цепочкой Рис. 4. Программируемые межсоединения с 16 направлений (SR0…15 конфигурационная память SRAM) Таким образом, блоки дизъюнкций конституент логической функции могут быть реализованы способом, изображённым на рис. 4. 3. Уточнение способа настройки блока дизъюнкций. Ранее предложенный блок дизъюнкций конституент логической функции имел вид, изображённый на рис. 5. Предполагалось, что настройка Н на реализацию требуемой дизъюнкции конституент, поступающих с модифицированного дерева транзисторов DC, осуществляется с помощью конфигурационной памяти [1, 8, 9], не изображённой на рис. 5. Однако такая реализация не удовлетворяет требованиям [7], так как могут активироваться одновременно более одного МОП-транзистора - настройка поступает на затворы, а на истоки поступают сигналы с модифицированного дерева транзисторов DC. Поэтому необходимо изменить схему блока дизъюнкций, и она примет вид, изображённый на рис. 6. Рис. 5. Исходная реализация блока дизъюнкций конституент логической функции Рис. 6. Уточнённая схема блока дизъюнкций конституент логической функции В схеме (см. рис. 6) сигналами с модифицированного дерева транзисторов DC активируется всегда только один затвор одного МОП-транзистора. 4. Моделирование логического элемента для реализации систем логических функций с уточнённой схемой блока дизъюнкций конституент логической функции. Выполним моделирование логического элемента для реализации систем логических функций с уточнённой схемой блока дизъюнкций конституент логической функции для n = 2 (рис. 7) в системе схемотехнического моделирования NI Multisim 10 фирмы National Instruments Electronics Workbench Group. На рис. 7 ключи X1, X2 моделируют переменные. Ключи S1-S4 моделируют настройку Н. Рис. 7. Логический элемент для реализации систем логических функций с уточнённой схемой блока дизъюнкций конституент логической функции для n = 2 с уточнённой схемой одного блока дизъюнкций конституент логической функции Управление затворами транзисторов блока дизъюнкций осуществляется инверторами, установленными на выходах «развёрнутого», по отношению к классическому LUT, дерева транзисторов. Причём альтернативные цепочки при неактивации путей в дереве обеспечивают подачу логической единицы. На рис. 7 указана настройка на реализацию функции «Исключающее ИЛИ» - горит светодиод на выходе блока ИЛИ, так как переменные Х1, Х2 имеют различное значение. Выполненное моделирование подтверждает работоспособность предлагаемого уточнённого технического решения блока дизъюнкций конституент DC-LUT, подана заявка на выдачу патента. Выводы. Таким образом, модифицирована структура предложенного логического элемента дешифратора - DC LUT для реализации систем функций в ПЛИС типа FPGA, который основан на схеме в виде дерева передающих МОП-транзисторов. Уточняется структура блоков дизъюнкций конституент с учётом требования активирования только одного пути в схеме. В изменённой схеме сигналы с модифицированного дерева транзисторов DC поступают на затворы МОП-транзистора блока дизъюнкций, а настроечная информация из конфигурационной памяти поступает на стоки этих транзисторов. Выполненное моделирование в системе схемотехнического моделирования NI Multisim 10 фирмы National Instruments Electronics Workbench Group подтверждает работоспособность предлагаемого нового технического решения DC-LUT, на которое подана соответствующая заявка на выдачу патента.

About the authors

S. F Tyurin

Perm National Research Polytechnic University

Email: tyurinsergfeo@yandex.ru

References

Statistics

Views

Abstract - 53

PDF (Russian) - 28

Refbacks

• There are currently no refbacks.