Dispositivos lógicos programáveis (PLD)

Projeto convencional com Circuitos integrados contendo portas básicas:

• Alguns projetos podem necessitar dezenas, centenas ou milhares de CIs.

• Necessário muito espaço para montar, soldar e testar o circuito.

• Necessário manter estoque dos Cis utilizados.

Redução do número de CIs em uma placa tem-se as vantagens:

• Um menor espaço na placa impressa• Um menor número de placas de circuitos

impressos• Um gabinete menor• Menor consumo de energia• Processos de fabricação mais rápidos e

confiáveis• Manutenção mais fácil

Integração de componentes

• Small-scale integration (SSI) – dezenas de transistores

• Medium-scale integration (MSI) – centenas de transitores

• Large-scale integration (LSI) – dezenas de milhares de transistores

• Very large-scale integration (VLSI) – dezenas de bilhões de transistores

PLD• Um PLD é um CI que contém um grande número

de portas, FFs, e registradores que podem ser configurados pelo usuário.

• Muitas destas conexões são fusíveis que podem ser queimados. Dizemos que um CI é programável porque a função específica do CI para uma dada aplicação pode ser determinada selecionando-se que conexões devem ser abertas e quais devem ficar intactas.

• O processo de queima de fusíveis podem ser feito pelo fabricante ou pelo próprio cliente.

• Este processo é chamado de programação porque produz o padrão desejado de interconexão de portas, FFs, registradores e assim por diante.

Idéia básica

• A figura seguinte mostra uma matriz de portas AND e uma matriz de portas OR, sendo que esta última pode ser usada para gerar quatro saídas que podem ser função das variáveis A e B.

Simbologia usada em PLDs

Arquiteturas de PLD• PROM – como PLD• Exemplo: crie um decodificador BCD-

7segmentos utilizando uma memória PROM

Arquiteturas de PLD• PAL - Programmable Array Logic• FPLA - Field Programmable Logic Array -

dispositivo lógico programável sem memória. Usadas em máquinas de estado.

• PLD complexos (CPLD) - chamados de arranjos multi-níveis - combinam diversas PAL em um mesmo CI.

• FPGA - Field programmable gate arrays - possui lógica combinacional programável e registradores par circuitos sequenciais. Entradas e saída podem ser configuradas (entrada, saída ou bidirecional)

HDL

• A configuração da FPGA é geralmente descrita usando a linguagem HDL - Hardware Description Language.

PLDs apagáveis

• Muitas são programadas queimando-se fusíveis, que não podem ser recuperados.

• As EPLDs são Dispositivos de lógica programável apagáveis (EPLD - erasable programmable logic devices), que podem programadas e apagadas. Exemplo: GAL16V8.

GAL16V8

Diferença PAL e PLA• The PAL device is composed of a programmable array of

AND gates and a fixed array of OR gates. The size of the array and the number of inputs and outputs depends upon the specific device. In Figure 5.6, the hypothetical device is composed of four inputs and four outputs. By selectively blowing fuses in the AND array, we can create a required logic in the form of a sum of products expression.

• The PLA device is composed of a programmable array of AND gates and a programmable array of OR gates, thereby offering maximum programming flexibility. In the PLA device, fuses can be blown on the AND array and on the OR array in order to achieve a required logic function

Diferença PAL e PLA

ASIC

• Um ASIC - Application-specific Integrated Circuit - é um circuito integrado customizado para um uso particular, ao invés de ser feito para um propósito geral. Por exemplo, um CI projetado para funcionar em um Gravador de Voz é um ASIC.

PAL User-Programmable Logic Devices – introduzido em 1978

• Creative logic designers realized that small, fast PROMs (1971 Milestone) could also be configured to perform simple logic functions. Based on a request from Honeywell, in 1975 Ron Cline adapted Signetics PROM circuit technology to design the 82S100 Programmable Logic Array (PLA) to serve more complex logic needs. A desired function, expressed as set of Boolean logic equations, was entered into a fuse programming unit that instantly generated a custom IC on the designer's desktop.

• John Birkner and H.T. Chua of Monolithic Memories worked with Andy Chan to introduce a more streamlined architecture they called Programmable Array Logic (PAL) in 1978 that traded logic flexibility for faster speed and lower cost. The PALASM (PAL Assembler) software design tool also made the devices easy to use. License agreements with AMD, National, and TI established the 20-pin bipolar devices (16L8, 16R8, etc) as industry standard products. They are featured in Tracey Kidder’s The Soul of a New Machine (1981), a technology bestseller of the era. A more versatile architecture from AMD (22V10), CMOS technology for lower power from Cypress and Lattice, and reusable CMOS EPROM-based devices supported by PC-compatible schematic-entry design tools from Altera (1983) expanded their range of applications.

• Xilinx (1984), Actel (1985), and QuickLogic (1988) introduced Field Programmable Gate Array (FPGA) architectures to serve higher gate-count applications. System designers selected one of these user-configurable solutions, collectively known as PLDs (Programmable Logic Devices), over ASIC approaches (1967 Milestone) as the preferred approach to custom digital logic for all but the lowest cost or highest performance applications.

Historia