SISTEMI NA CIPU Predavanje 3 Compatibility Mode

7/23/2019 SISTEMI NA CIPU Predavanje 3 Compatibility Mode

http://slidepdf.com/reader/full/sistemi-na-cipu-predavanje-3-compatibility-mode 1/52

PROJEKTOVANJE SISTEMA NA

ČIPU

REKONFIGURABILNI HARDVER -

TEHNOLOGIJADoc.dr. Abdul! A"#$o%&'( d&).&*+.,l.

A&,* Tr&" U/u*o%&'( MoE-d&).&*+.,l.

A&,* Al%&* Abd+&'( MoE-d&).&*+.,l.

1



REKONFIGURABILNI HARDVER

Logičke strukture

Sekvencij!ne strukture "rogr#$i!ne strukture

Fiksne #e#orije RO%

"RO% E"RO%

EE"RO%

F!s&RO%

"LD '"LD

F"GA2



L OGI(KE S)RUK)URE

Logičke strukture se re!i*irju kori+tenje# !ogički&ko! koj re!i*irju ,otre$ne !ogičke -unkcije.

Logičk -unkcij n/,ro#jenjivi& u o,+te# s!učju 0t

ko1

#o2e $iti re!i*irn kori+tenje# !ogički& ko! ti,1 I3 ILI3

),....,,(21 n x x x f y =

3

3 3 3

'%OS3 E'L3 GAs5.

%eto0e * ,rojektirnje ,roi*vo!jne !ogičke -unkcije su0o$ro ,o*nte i -or#!i*irne.

LOGIČKAFUNKCIJA

y

x1

x2

xn



Ako !ogičk -unkcij i# n u!* i m i*!* on0 sesvki o0 m i*!* ,os#tr ko *se$n -unkcij s

je0ni# i*!*o# i n u!*.

L OGI(KE S)RUK)URE

),....,,(2111 n x x x f y =

4

),....,,(

,....,,

21

2122

nmm

n

x x x f y =

LOGIČKAFUNKCIJA

x1

x2

xn

y1

y2

ym



L OGI(KE S)RUK)URE

Svk !ogičk -unkcij #o2e $iti re!i*irn kori+tenje#s#o NI3 o0nosno s#o NILI ko!.

K0 se !ogičk -unkcij re!i*ir kori+tenje# s#o je0nog ti, ko! on0 se ,ri#jeno# De %orgnovi&

5

,rv un c rns or# e u ,ogo n o *re!i*ciju.

2121

2121

x x x x

x x x x

⋅=+

+=⋅



L OGI(KE S)RUK)URE

"ri#jer 61

"otre$no je re!i*irti -unkciju1

3213232121 x x x x x x x x x x y ⋅⋅+⋅+⋅⋅+⋅=

6

Koriste7i sve ti,ove ko! 4,ot,un -or#53

Koriste7i sve ti,ove ko! 4#ini#!n -or#5 i

Koriste7i s#o 0vou!*ne NAND/ove.



L OGI(KE S)RUK)URE

"rik2i#o -unkciju t$e!rno1

x1

x2

x3

y

0 0 0 1

0 0 1 0

321 x x x ⋅⋅

321 x x x ⋅⋅

3213232121 x x x x x x x x x x y ⋅⋅+⋅+⋅⋅+⋅=

7

0 1 1 1

1 0 0 0

1 0 1 0

1 1 0 1

1 1 1 1

32 x x ⋅

32 x x ⋅

21 x x ⋅

21 x x ⋅

321321321321321 x x x x x x x x x x x x x x x y ⋅⋅+⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅= ⋅



L OGI(KE S)RUK)URE 8 "O)"UNA FOR%A SA SVI% )I"OVI%A KOLA

"RI%9ER 6

321321321321321 x x x x x x x x x x x x x x x y ⋅⋅+⋅+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅= ⋅

x1 x2 x3

8

y



L OGI(KE S)RUK)URE 8 %INI%ALNA FOR%A SA SVI% )I"OVI%A KOLA

"RI%9ER 6

X2

X1 1 1 0 0

1 1 0 1

X3

x1 x2 x3 y

0 0 0 1

0 0 1 0

0 1 0 1

0 1 1 1

1 0 0 0

9

312 x x x y ⋅+=

x1

x2

x3

y

1 0 1 0

1 1 0 1

1 1 1 1



L OGI(KE S)RUK)URE 8 REALI:A'I9A SA NI KOLI%A

"RI%9ER 6

312312 x x x x x x y ⋅⋅=⋅+=

x1

10

x2

x3

y



L OGI(KE S)RUK)URE 8 REALI:A'I9A SA NI KOLI%A

"RI%9ER ;

133221

133221133221

133221133221

)(

x x x x x x

x x x x x x x x x x x x

x x x x x x x x x x x x y

⋅⋅⋅⋅⋅=

=⋅⋅⋅⋅⋅=⋅+⋅+⋅=

=⋅+⋅+⋅=⋅+⋅+⋅=

11

x1

x2

x3

y



L OGI(KE S)RUK)URE 8 REALI:A'I9A RO%

U1

Y0Y1

Y2Y3Y4Y5Y6Y7

AB

C

~G

1001

1110

11001010

1000

1110

1001

DEKODER KODER

12

DCD_3TO8

U2

OR8

U3

OR8

U4

OR8

U5

OR8

1100

D0D1D2D3



L OGI(KE S)RUK)URE / NEKE OSOBINE

Logičke strukture s vi+e i*!* se re!i*irju n istinčin ko vi+e -unkcij s je0ni# i*!*o#.

"ot,un -or# s r*noro0ni# ko!i# *&tjev njvi+e

ko! i uvijek se ,rostirnje sign! i*vo0i s k+njenje#0o < k+njenj je0nog krug 4T k 5.

%ini#!n -or# s r*noro0ni# ko!i# *&tjevn #n e ko! ri če#u e rostirn e si n! #n e i!i

13

je0nko 3T k . For# s isti# ti,o# ko! *&tjev trns-or#ciju

#ini#!ne -or#e3 re!i*ir se s $roje# ko! koji #o2e$iti ve7i nego je to ko0 ,ot,une -or#e3 ,rostirnje

sign! tko=e #o2e $iti 0u2e o0 3T k . : re!i*ciju -unkcij s vi+e o0 > u!* -or#!ne

#eto0e #ini#i*cije su ko#,!icirne3 te je s te strnenj,o0esnij re!i*cij u ,ot,unoj -or#i.



SEKVEN'I9ALNE S)RUK)URE

Uvo0i se 0iskretno vrije#e nT, n=0,1,2,....

I*!* se -or#ir ko !ogičk -unkcij trenutni&vrije0nosti u!* i ,ret&o0ni& vrije0nosti i*!*.

))(),...,(),(),...,(),(()(

))(),...,(),(),...,(),(()(

12122

12111

T t yT t yt xt xt x f t y

T t yT t yt xt xt x f t y

mn

mn

−−=

−−=

14

Uvo0e se tkt i#,u!si ko #jer 0iskretnog vre#en.

"rostirnje sign! se nor#ir * vrije#e krče o0 ,o!tkt i#,u!s.

))(),...,(),(),...,(),(()(....

121 T t yT t yt xt xt x f t y mnmm −−=



SEKVEN'I9ALNE S)RUK)URE1 D/FLI" FLO"

D

Q

Q'

Cp

15

t=0 t=T t=2T t=3T t=4T



L OGI(KO/SEKVEN'I9ALNE S)RUK)URE

Logički blok

X(nT) Y(nT)

S(nT)

16

Memorijski blok

))1(()(

))(),(()(

T nY nT S

nT S nT X F nT Y

−=

=



"ER%ANEN)NE %E%ORI9E

"re# nčinu ,rogr#irnj r*!ikuje#o1

Ne,rogr#ir!jive 4RO%53

"rogr#ir!jive 4"RO%53

17

* r s ve ,rogr# r ve 3

E!ektrički i*$risive ,rogr#ir!jive 4EE"RO%53

B!okovski orgni*irn EE"RO% 4F!s& RO%3 FE;"RO%5.



NE"ROGRA%IRL9IVE "OLU"ROVODNI(KE %E%ORI9E

4RO%5

Vdd

Y0prva rijec 010

18

Y1

D0D1D2

druga rijec 001



"ROGRA%IRL9IVI RO% 4"RO%5

Osigurč ,re0stv!j tnki #et!ni ,rovo0nik nčinjen o0!ko to,!jivog #et! 4&ro#/nik!5

"rogr#irnje se svo0i n ,regrnje osigurč u e#iterutrn*istor n #jestu g0je tre$ u,isti ?.

Ovo re rn e se i*vo0i to !inski# e-ekto# ko i stvr

19

strujni i#,u!s trjnj 0o ;?? #s i inte*itet 0o @#A.

Dv su nčin re!i*irnj ovkvi& #e#orij1 s je0ni# trn*istoro# ,o $itu i vi+ee#iterski# trn*istoro#.



REALI:A'I9A "RO% %E%ORI9E S 9EDNI% )RAN:IS)ORO%

"O BI)U

Vcc Vcc

Y0

Y1

)o,iviosigurč

20

Vcc Vcc

D0D1



REALIZACIJA ROM MEMORIJE !I"EEMI#ER$KIM

#RANZI$#ORIMA

Vcc

Prva riječ

D0

)o,iviosigurč

21

Vcc

Druga riječ

D1



I:BRISIVI "ROGRA%IRL9IVI RO% 4E"RO%5

n+ n+

p

Uvod (S) Odvod (D)

Vrata (G)-upravljačka elektroda

Plivajuća elektrodaSiO2

G

D

22

Upisivanje se izvodi tako što se na upravljačku elektrodu i drejn dovodiimpuls relativno visoka napona (oko 20V), a sors se spaja na masu.

Trajanja ovog impulsa je od nekoliko mikrosekundi do nekoliko

milisekundi.

Tom prilikom formira se električno polje u područ ju izolatora SiO2 veće

od 1MV/cm dovoljno da izvede tuneliranje naboja.

S



I:BRISIVI "ROGRA%IRL9IVI RO% 4E"RO%5

ID

r a m i r a n a

i r a n an+ n+

Uvod (S) Odvod (D)



%%

%%

%%

%

%%

% +20V

+20V

0V

23

VGSLog’1’=VDD

n e p r o g

p r o g r a

Prilikom tuneliranja elektroni će se zaustaviti u plivajučem gejtu i formiratinegativni prednapon što će za posljedicu imati promjenu karakteristike

tranzistora (pomjeranje napona praga na iznos veći od nivoa logičke

jedinice).

Brisanje ovog sadržaja se izvodi osvjetljavanjem ultraljubičastom

svjetlošću.

p



ELEK#RIČNI IZ&RI$I!I ROGRAMIRLJI!I ROM 'EEROM(

+ n+

Uvod (S) Odvod (D)



Ako se +irin i*o!tor i*#e=u !e$0e7e e!ektro0e i o0vo0 s#nji n #nje o0;? nm on0 je i u,isivnje i $risnje s0r2j #e#orijske 7e!ije #ogu7e i*vestie!ektrični# ,ute#.

24

p

%ogu7nost i ,unjenj i $risnj e!ektrični# ,ute# se *sniv ns#njenju 0e$!jine oksi0 tko 0 e!ektrično ,o!je koje stvr n,on,rogr#irnj nrste n 6?%Vc# tko 0 0o!*i 0o 0e-or#cijeenergetski& nivo n s,oju SiO;/Si +to 0ovo0i 0o tune!ovnj e!ektron i*

,!ivju7e e!ektro0e kro* tnki s!oj i*o!tor u o0vo0.




"rogr#irnje se i*vo0i tko +to se n gejt 0ovo0i visoki n,on4n,on ,rogr#irnj53 0rejn i sors se ve*uju n #su. E!ektrično,o!je koje se stvr u SiO; 7e 0ovesti 0o tune!ovnj e!ektron i* 0rejnu ,!ivju7i gejt. "rogr#irni trn*istor 7e i#ti ,ovečn n,on ,rg

i*n0 nivo !ogičke je0inice.

25




Ko0 $risnj visoki n,on se 0ovo0i n 0rejn3 sors i gejt se s,jjun #su. )une!ovnje e!ektron 7e is,r*niti ,!ivju7u e!ektro0u i-or#irti ,rovo0ni kn! u ,rostoru is,o0 oksi0.

26




Ovj kn! 7e ,rou*rokovti 0 trn*istor s u,rogr#irno# nu!o# vo0i i,ri n,onu ?V u vrti#. :to se * re!i*ciju EE"RO% #e#orije o0 6 $it nekoristi je0n trn*istor nego #e#orijsk če!ij koj se sstoji o0 0v trn*istor1

#e#orijskog i

se!ekcionog. U ,rogr#irno# stnju #e#orijski trn*istor je isk!jučen 4ne vo0i * $i!okoji n,on n njegovo# gejtu ? i!i VDD 53 u ne,rogr#irno# stnju ovjtrn*istor vo0i $e* o$*ir n n,on u njegovo# gejtu. Sign!ni trn*istor čitu,rogr#irno stnje s,jju7i isti n s$irnicu ,o0tk. N gejt sign!nog

27

trn*istor se 0ovo0i n,on s 0resnog 0eko0er.




28



FLASH RO%

Osnovni ne0osttk EE"RO%/ jeste 0votrn*istorsk strukturnjegove #e#orijske 7e!ije. 9e0n trn*istor se koristi * se!ekciju4o$ičn %OSFE)53 0rugi * #e#orisnje 4%OSFE) s ,!ivju7o#e!ektro0o# 4FLO)O3 FLOting 8 gte )unne!ing Oi0e55.

Napon V (20V)

29

Ovo ,rogr#irnje se i*vo0i ,i!sti# n,onski# i#,u!so# tko 0ne 0o=e 0o ,reve!ike struje ,ri!iko# tune!ovnj. )rjnje ovogi#,u!s se sstoji o0 vre#en ,orst 46.C#s5 i vre#en

,rogr#irnj 4koje i*nosi 0o 6#s5.

Struja t(µs)

t(µs)1600



FLASH RO%

Ovj ne0osttk n0okn=uje se je0notrn*istorski# #e#orijski# 7e!ij#koje se koriste ko0 FE;"RO% 4F!s& RO%5.

+ n+

Uvod (S) Odvod (D)



30

Struktur je ist ko stn0r0n #e#orijsk 7e!ij E"RO%/3 s ti#e 0 je,!ivju7 e!ektro0 #nogo $!i2e kn!u3 o0nosno si#etrično i sorsu i 0rinu. )o o#ogu7uje tune!ovnje i ,re# sorsu i ,re# 0rinu.

p

oxtox=10nm



FLASH RO%

Ko0 F!s& RO% ,ri!iko# ,rogr#irnj sign!ni gejt i 0rejn trn*istor se0r2e n ,ove7no# ,o*itivno# n,onu V,, 46?/6@V53 sors je n #si.



Vpp

31

n+ n+

p

Uvod (S)Odvod (D)



FLASH RO%

Ko0 $risnj 0rejn i sign!ni gejt su n #si3 sors i ,o0!og su n,ove7no# ,o*itivno# n,onu 46? 8 6;V5.

Uvod (S)Odvod (D)



Vpp

32 )ko se $ri+u sve 7e!ije EE"RO% istovre#eno3 e!ektroni o0vo0e u

*,re#inu ,o0!oge 4koj je s,ojen s sorso#5.

n+ n+

p

Vpp



FLASH RO%

U ,rinci,u k!ju7n r*!ik i*#e=u EE"RO% i FEE"RO% je unčinu 0resirnj #e#orije ,ri!iko# $risnj.

FEE"RO% i# #ogu7nost istovre#enog 0resirnj svi&#e#orijski& 7e!ij i!i nekog $!ok tko 0 se sve $ri+u unutr istogvre#enskog interv!.

33

S 0ruge strne EE"RO% kori+tenje# se!ekcioni& trn*istor0o*vo!jv $risnje s#o je0ne #e#orijske !okcije 4je0ne riječi5 u

je0no# trenutku.

Ovj ne0osttk EE"RO% se koristi t#o g0je 2e!i#o #e#oriju s

se!ektivno# ,ro#jeno# s0r2j3 tko 0 se 0ns koriste o$ ti,#e#orije.



U"OREDNE KARAK)ERIS)IKE E"RO%3 EE"RO% I

FLASH RO% %E%ORI9A

Karakteristika Tip ROM memorije

EPROM EEPROM Flash ROM

Kapacitet

memorije/tehnologija

16Mbit/0.6µm 1Mbit/0.8 µm 16Mbit/0.6 µm

Površina čipa 7.18x17.39mm2 11.8x7.7mm2 6.3x18.5mm2

34

Površina ćelije 3.8 µm2 30 µm2 3.4 µm2

Vrijeme pristupa 62ns 120ns 58ns

Vrijeme brisanja minute - -

Vrijeme programiranja/riječ 5 µs 8ms/riječi, 4s/ čip 5 µs

Ciklusa brisanja/upisivanja 100 105 103-105



EEROM I FLA$) ROM

35Fl*s+ ROM EEROM



"ROGRA%L9IVA LOGI(KA KOLA 8"LD

4"ROGRA%%ABLE L OGI' DEVI'ES5

"rogr#!jiv !ogičk ko! ,re0stv!jju integrirne krugovekoji s0r2e stn0r0n !ogičk i sekvencij!n ko! u ))L3

'%OS i!i E'L te&no!ogiji koj se #ogu ,roi*vo!jno orgni*irti4,ove*ivti5 n nivou si!icij o0 strne korisnik s ci!je#,osti*nj o0govrju7e -unkcije.

Ov ko! se svrstvju u gru,u ASI' 4A,!iction S,eci-icIntegrte0 'ircuits5 ko! jer se ,rogr#irju ,re# *&tjevi#

s,eci-ične ,ri#jene. "LD i# ni* ,re0nosti u o0nosu n k!sičn ASI' ko!.

)vorničk cijen ne,rogr#irni& ko! je nisk3 jer se r0e ve!ikeserije.

Korisnik s#ost!no 0e-inir -unkciju ko!.

"rogr#irni s0r2j se vi+e ,ut #o2e #ijenjti. R*vojn o,re# je je0nostvn i *snovn n "'/te&no!ogiji.

"rojektovnje siste# n $*i ovi& ko! je neu,ore0ivo je0nostvnije i je-tinije nego s stn0r0ni# !ogički# ko!i#

LSI3 %SI serije i!i k!sično# ASI' te&no!ogijo#.

36



S )RUK)URA "LD/A

Osnovna struktura PLD zasnovana je na činjenici da se bilo koja logička funkcija može realiziratisumom logičkih proizvoda. Zato se PLD kola sastoje od I i ILI mreža. Mreže sa I kolima se koriste zaformiranje logičkih proizvoda, a mreže sa ILI kolima se koriste za formiranje logičkih suma.

A

B

C

37

P0P1P2P3P4P5P6P7

Y1

Y2



,E#ALJNA ELEK#RONIČKA "EMA RIMJERA L, KOLA

38



Fiksir*-e

.e/e rogr*mirlji.e.e/e

39



S )RUK)URA "LD/A

"ri#jer 6. Logičk -unkcij s tri u!* i 0v i*!*.

A B C Y1 Y2

0 0 0 0 0

0 0 1 1 0

0 1 0 1 0

40

1 0 0 1 0

1 0 1 0 1

1 1 0 0 1

1 1 1 1 1

∑

∑

=+++=

=+++=

),,,(2

),,,(1

7653

7421

PPPP ABC C ABC B A BC AY

PPPP ABC C B AC B AC B AY



S )RUK)URA "LD/A

"RI%9ER ;. L OGI(KA FUNK'I9A "RIKA:ANA U SAE)O% OBLIKU.

.2

,1

AC BC BY

C B AC B AC B A ABC Y

++=

+++=

)()()(2 B B AC A A BC C C AB AC BC ABY =+++++=++=

41

.+++=+++++=

A



A

B

C

P7Is,rogr#irni

42

Y1

Y2

o0 tri u!*ne,ro#jenjive

"rogr#irjuse s#o onič!novi *$irkoje s0r2ikonkretn-unkcij



S )RUK)URA "LD/A

Da bi aplikacije na bazi PLD-a bile upotrebljive pored polja sa logičkim kolima ovakvikrugovi su opremljeni i mogućnostima definiranja tipa izlaza:

aktivna logička nula,aktivna logička jedinica,komplementarni izlaz.

Takođe postoji i mogućnost definiranja smjera pina (izvoda na čipu) (ulazni ili izlazni).

43



#IO!I L,

$L, '$imle L,( ROM LA AL Regis*rske L,

GAL CL, 'Comle2 L,(

FGA

44



ROM 'ROGRAMMA&LE REA,%ONL3 MEMOR3 ( "RO% i# -iksirne ve*e u I #re2i tko 0 i##o un,rije0 -or#irne sve

!ogičke ,roi*vo0e čiji je $roj ve*n * $roj ,ro#jenjivi&.

"rogr#ir se ,o!je s ILI ko!i# s ci!je# ,osti*nj o0govrju7e-unkcije.

Ako se $roj i*!* o0$ere on0 se #o2e -or#irti -iksn #e#orij g0jeu!*i ,re0stv!jju 0rese3 ve*e u I #re2i 0resni 0eko0er3 ,rogr#irne

3 .

45

U1

DCD_3TO8

Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7

ABC

~G

U2

OR8

U3

OR8

U4

OR8

U5

OR8

1001

1110

1100

1010

1000

1110

1001

1100

D0D1D2D3



LA '"ROGRA%%ABLE L OGI' ARRA5

"rogr#!jiv !ogičk #re2 "LA 4"rogr##$!e Logic Arr5 i# I i ILI,rogr#!jive #re2e.

: r*!iku o0 "RO% ti, "LA ne# sve ,ro0uktne č!nove nego je nji&ov$roj #nji o0 #ksi#!nog.

)i#e se ,osti2e u+te0 u ,rostoru.

Ne0osttk svi& ,ro0uktni& č!nov se n0okn=uje #ogu7no+7u,rogr#irnj i I i ILI ,o!j.

46



AL 'ROGRAMMA&LE A N, LOGIC( Ko0 "AL ko! ILI ko! su -iksn I ,rogr#ir!jiv

4"rogr##$!e An0 Logic5.

47



REGI$#AR$KE L, Regis*rske L, ore4 logički+ kol* I5ILI -* s.ome i/l*/6 im*j6 i

7li%7loo.e8

#o 4*je mog69-os rojeko.*-j* sek.e-:ij*l-i+ mre;*8 olj* s* I i ILI kolim* mog6 bii< ob* rogr*mirlji.*5

rogr*mirlji.o s*mo I olje ili rogr*mirlji.o s*mo ILI olje8

48



GAL GENERIC A RRA3 LOGIC

O,+t !ogičk #re2 GAL 4Generic Arr Logic5 ,restv!j "AL #re2u s ,rogr#ir!jivo# i*!*no# #kro7e!ijo#.

%kro7e!ij ,restv!j D -!i, -!o, s 0v #u!ti,!ekser itrosttički# invertoro#.

N tj nčin je #ogu7e -or#irti registrske i*!*e 4,inoveči,5 s r*!ičiti# krktero#.

%u!ti,!ekseri i trosttički invertor se koriste * 0e-inisnje.

49



CL, 'COMLE= L,(

50



GA 'ROGRAMMA&LE G A#E A RA3 ( "rogr#ir!jiv gejtovsk #re2 "GA 4"rogr#$!e Gte Arr5

,re0stv!j istu strukturu ko GA 4Gte Arr5 s ti# +tokorisnik #o2e vr+iti ,rogr#irnje ovkvi& GA.

Ni#e stn0r0ni GA ,re0stv!j je0nu vrstu ASI'4A,!ikcijski 0i*jnirni& integrirni& ko!5 koji se sstoji o0#e=uso$no ne,ove*ni& gejtov.

U ,rocesu ,roi*vo0nje *0njo# #sko# se 0e-inirju ve*e

koje o$e*$je=uju *&tjevnu -unkciju. Ove ve*e ko0 "GA -or#ir korisnik.

: "GA se često koristi i o*nk F"GA 4Fie!0 "rogr##$!eGte Arr5 jer se ,rogr#irnje i*vo0i o0 strne korisnik tj.

u ,o!ju ,ri#jene.

51



F"GA / Fie!0 "rogr##$!e Gte Arr

52

Documents

SISTEMI NA CIPU Predavanje 3 Compatibility Mode