7.9. Методика оценки параметров ис пл

7.9.1. Вводные замечания

Для системотехника, выбирающего ту или иную ИС ПЛ с целью применения в конк­ретных условиях, имеют значение многие параметры микросхемы. К важнейшим техническим параметрам относятся следующие:

• уровень интеграции, характеризующий логические ресурсы микросхемы (предполага­ем, что имеющимся блокам и элементам кристалла соответствуют и его трассировоч­ные ресурсы);

• быстродействие, характеризуемое задержками сигналов в элементах и связях реализуемой схемы, а также предсказуемостью таких задержек;

• кратность программирования, определяемая типом программируемых элементов;

• архитектура, в частности, наличие или отсутствие в микросхеме специализированных областей памяти и других аппаратных ядер;

• коммерческое, индустриальное или военное исполнение (т. е. уровень допустимых воздействий со стороны внешней среды) и т. д.

Кроме указанных факторов важен и ряд других: наличие или отсутствие интерфейса JTAG и возможностей программирования в системе (ISP), совместимость со стандарт­ными интерфейсами, количество и параметры режимов пониженной мощности, наличие или отсутствие средств засекречивания конфигурации реализованного проекта и др.

Важной экономической характеристикой ИС ПЛ является стоимость. Стремление сни­зить стоимость микросхем ПЛ постоянно подталкивает фирмы-производители к разра­ботке новых модификаций, которая особенно интенсивно ведется в последнее время (семейство относительно простых CPLD фирмы «Altera» MAX3000 и микросхем типа «си­стема на кристалле» АСЕ той же фирмы, семейство FPGA XC5200 фирмы «Xilinx» и др.).

Чрезвычайно важна обеспеченность проектирования на основе микросхем ПЛ сред­ствами САПР. Разработкой соответствующих САПР заняты как фирмы-производители кристаллов, так и фирмы, специализирующиеся на создании САПР универсального типа, рассчитанных на проектирование систем на микросхемах многих производителей.

Способы оценки некоторых параметров микросхем ПЛ неоднозначны и требуют пояс­нений.

7.9.2. Об оценке сложности микросхем программируемой логики

Уровень интеграции (Density) оценивается с использованием понятия «число эквива­лентных вентилей». Указывается число таких вентилей (обычно вентилей 2И-НЕ) на крис­талле. Однако объективная оценка сложности не так проста, как может показаться на пер­вый взгляд, поскольку схемы ИС ПЛ отнюдь не состоят из простых вентилей и нельзя про­сто подсчитать их число в той или иной микросхеме. До некоторых пор даваемые изготови­телями оценки сложности микросхем ПЛ получались по разным методикам, что вносило путаницу в задачи сравнительной оценки разных ИС ПЛ. Затем консорциум компаний под названием PREP (Programmable Electronics Performance Corporation) предложил подход к оценке сложности ИС ПЛ с помощью набора эталонных схем. Для измерения сложности кристалла каждая схема набора реализуется в нем в максимально возможном числе раз, что дает оценку числом размещающихся на кристалле эталонных схем. В качестве эталон­ных схем были выбраны более 10 типовых функциональных узлов (регистры, дешифрато­ры, счетчики и т. п.). Для эталонных схем известно число эквивалентных вентилей, необхо­димых для их реализации, что позволяет получить и оценку уровня интеграции ИС ПЛ в целом также числом эквивалентных вентилей. При этом методика PREP четко оговари­вает условия измерений, использует усреднение данных по разным эталонным узлам и приводит к более или менее объективным оценкам сложности ИС ПЛ.

Тестовый набор PREP явился базой и для созданных другими авторами методик оценки сложности и быстродействия ИС ПЛ. Например, идея эталонных наборов схем исполь­зована в методике оценки сложности ИС ПЛ фирмы «Altera».

Сложность ИС ПЛ первых поколений характеризовалась обычно общим числом экви­валентных вентилей или числом пользовательских (usable) эквивалентных вентилей, так как не все элементы схемы кристалла могут быть использованы системотехником для реализации его проекта. В дальнейшем положение осложнилось в связи с появле­нием на кристалле специализированных областей памяти и других структурных неоднородностей. Возникли понятия числа логических вентилей для оценки сложности микро­схемы без учета памяти и числа системных вентилей для оценки, учитывающей и область памяти, сложность которой также пересчитана в число эквивалентных вентилей. Число эквивалентных вентилей, характеризующих логические ресурсы кристалла, часто задается диапазоном значений, так как конкретные числа существенно зависят от типа реализуемого проекта.

Из сказанного следует, что при рассмотрении параметра сложности ИС ПЛ нужно вни­мательно следить за тем смыслом, который вкладывается в данном конкретном случае в приводимый показатель «число эквивалентных вентилей».