Ein programmierbares Logikgerät oder PLD sind ein elektronischer Bestandteil, der verwendet ist, um wiederkonfigurierbare Digitalstromkreise zu bauen. Verschieden von einem Logiktor, das eine feste Funktion hat, hat ein PLD eine unbestimmte Funktion zur Zeit der Fertigung. Bevor der PLD in einem Stromkreis verwendet werden kann, muss er d. h. programmiert wiederkonfiguriert werden.

Das Verwenden eines ROMs als ein PLD

Bevor PLDs erfunden wurden, wurden Chips des ROM-Speichers (ROM) verwendet, um willkürliche combinational logische Funktionen mehrerer Eingänge zu schaffen. Denken Sie ein ROM mit der M Eingänge (die Adresslinien) und n Produktionen (die Datenlinien). Wenn verwendet, als ein Gedächtnis enthält das ROM Wörter von n Bit jeder. Stellen Sie sich jetzt vor, dass die Eingänge nicht durch eine M Bit-Adresse, aber durch die M unabhängige Logiksignale gesteuert werden. Theoretisch gibt es 2 mögliche Funktionen von Boolean von diesen M Signale, aber die Struktur des ROMs erlaubt gerade dieser Funktionen, an den Produktionsnadeln erzeugt zu werden. Das ROM wird deshalb gleichwertig zu getrennten Logikstromkreisen von n, von denen jeder eine gewählte Funktion der M Eingänge erzeugt.

Der Vorteil, ein ROM zu verwenden, besteht auf diese Weise darin, dass jede denkbare Funktion der M Eingänge gemacht werden kann, an einigen der n Produktionen zu erscheinen, das das combinational verfügbare am meisten Mehrzwecklogikgerät machend. Außerdem sind HIGH-SCHOOL-BÄLLE (programmierbarer ROMs), EPROMs (ultraviolette-erasable HIGH-SCHOOL-BÄLLE) und EEPROMs (elektrisch erasable HIGH-SCHOOL-BÄLLE) verfügbar, der mit einem Standard-HIGH-SCHOOL-BALL-Programmierer programmiert werden kann, ohne spezialisierte Hardware oder Software zu verlangen. Jedoch gibt es mehrere Nachteile:

• sie sind gewöhnlich viel langsamer als hingebungsvolle Logikstromkreise,
• sie können sichere "Deckel" für asynchrone Logikübergänge nicht notwendigerweise zur Verfügung stellen, so können die Produktionen des HIGH-SCHOOL-BALLS rutschen, weil die Eingänge, umschalten
• sie verbrauchen mehr Macht,
• sie sind häufig teurer als programmierbare Logik besonders wenn hohe Geschwindigkeit erforderlich ist.

Da die meisten ROMs Eingang oder Produktionsregister nicht haben, können sie nicht eigenständig für die folgende Logik verwendet werden. Ein Außen-TTL-Register wurde häufig für folgende Designs wie Zustandmaschinen verwendet. Allgemeine EPROMs, zum Beispiel die 2716, werden noch manchmal auf diese Weise von Hobby-Stromkreis-Entwerfern verwendet, die häufig einige das Herumliegen haben. Dieser Gebrauch wird manchmal einen FREUND eines 'armen Mannes' genannt.

Früh programmierbare Logik

1969 hat Motorola den XC157, eine Maske-programmierte Tor-Reihe mit 12 Toren und 30 neutralen Nadeln des Eingangs/Produktion angeboten.

1970 haben Instrumente von Texas einen mit der Maske programmierbaren IC entwickelt, der auf IBM assoziatives Read-Only-Gedächtnis gestützt ist, oder WANDERN. Dieses Gerät, der TMS2000, wurde durch das Ändern der Metallschicht während der Produktion des IC programmiert. Der TMS2000 hatte bis zu 17 Eingänge und 18 Produktionen mit 8 JK Flip-Misserfolg für das Gedächtnis. TI hat den Begriff Programmierbare Logikreihe für dieses Gerät ins Leben gerufen.

1971 entwickelte General Electric Company (GE) ein programmierbares auf der neuen HIGH-SCHOOL-BALL-Technologie gestütztes Logikgerät. Dieses experimentelle Gerät hat IBM übertroffen WANDERN durch das Erlauben der Mehrniveau-Logik. Intel hatte gerade das Schwimmtor UV erasable HIGH-SCHOOL-BALL eingeführt, so hat der Forscher an GE diese Technologie vereinigt. Das GE Gerät war der erste erasable PLD jemals entwickelt, den Altera EPLD um mehr als ein Jahrzehnt zurückdatierend. GE hat mehrere frühe Patente auf programmierbaren Logikgeräten erhalten.

1973 hat Nationaler Halbleiter ein mit der Maske programmierbares PLA Gerät (DM7575) mit 14 Eingängen und 8 Produktionen ohne Speicherregister eingeführt. Das war populärer als der TI Teil, aber Kosten, die Metallmaske zu machen, haben seinen Gebrauch beschränkt. Das Gerät ist bedeutend, weil es die Basis für die programmierbare Feldlogikreihe war, die von Signetics 1975, 82S100 erzeugt ist. (Intersil schlagen wirklich Signetics, um einzukaufen, aber schlechter Ertrag verloren ihr Teil.)

1974 hat GE einen Vertrag mit Monolithischen Erinnerungen geschlossen, um eine Maske - programmierbares Logikgerät zu entwickeln, das die GE Neuerungen vereinigt. Das Gerät wurde die 'Programmierbare Assoziative Logikreihe' oder PALA genannt. Der MMI 5760 wurde 1976 vollendet und konnte Mehrniveau oder folgende Stromkreise von mehr als 100 Toren durchführen. Das Gerät wurde durch eine GE Designumgebung unterstützt, wo Gleichungen von Boolean zu Maske-Mustern umgewandelt würden, für das Gerät zu konfigurieren. Der Teil wurde nie gebracht, um einzukaufen.

PLA

1970 haben Instrumente von Texas einen mit der Maske programmierbaren IC entwickelt, der auf IBM assoziatives Read-Only-Gedächtnis gestützt ist, oder WANDERN. Dieses Gerät, der TMS2000, wurde durch das Ändern der Metallschicht während der Produktion des IC programmiert. Der TMS2000 hatte bis zu 17 Eingänge und 18 Produktionen mit 8 JK Flip-Misserfolg für das Gedächtnis. TI hat den Begriff Programmierbare Logikreihe für dieses Gerät ins Leben gerufen.

Eine programmierbare Logikreihe (PLA) hat eine programmierbare Reihe UND Tor-Reihe, die sich zu einer programmierbaren Reihe ODER Tor-Reihe verbindet, die dann bedingt ergänzt werden kann, um eine Produktion zu erzeugen.

FREUND

MMI hat ein Durchbruch-Gerät 1978, die Programmierbare Reihe-Logik oder den FREUND eingeführt. Die Architektur war einfacher als dieser von Signetics FPLA, weil es das programmierbare ODER die Reihe weggelassen hat. Das hat die Teile schneller, kleiner und preiswerter gemacht. Sie waren in 20 Nadel 300 Mil-Pakete des KURZEN BADES verfügbar, während der FPLAs in 28 Nadel 600 mil Pakete gekommen ist. Das FREUND-Handbuch demystified der Designprozess. Die PALASM Designsoftware (FREUND-Monteur) hat die Gleichungen von Boolean der Ingenieure ins Sicherungsmuster umgewandelt, das erforderlich ist, den Teil zu programmieren. Die FREUND-Geräte waren bald durch Nationalen Halbleiter, Instrumente von Texas und AMD zweit-sourced.

Nach mit den 20-Nadeln-FREUND-Teilen nachgefolgtem MMI hat AMD den 24-Nadeln-22V10 FREUND mit zusätzlichen Eigenschaften eingeführt. Nach dem Auszahlen von MMI (1987) hat AMD von einer festen Operation als Vantis gesponnen, und dass Geschäft durch Gitter-Halbleiter 1999 erworben wurde.

MÄDCHEN

Eine Neuerung des FREUNDS war das allgemeine Reihe-Logikgerät oder MÄDCHEN, das durch Gitter-Halbleiter 1985 erfunden ist. Dieses Gerät hat dieselben logischen Eigenschaften wie der FREUND, aber kann gelöscht und wiederprogrammiert werden. Das MÄDCHEN ist in der prototyping Bühne eines Designs sehr nützlich, wenn irgendwelche Programmfehler in der Logik korrigiert werden können, indem sie wiederprogrammieren. MÄDCHEN werden programmiert und haben das Verwenden eines FREUND-Programmierers wiederprogrammiert, oder indem sie die Programmiertechnik im Stromkreis beim Unterstützen von Chips verwenden.

Gitter-MÄDCHEN verbinden CMOS und elektrisch erasable (E^2) Schwimmtor-Technologie für ein, Hochleistungslogikgerät der niedrigen Macht.

Ein ähnliches Gerät hat eine SCHALE genannt (programmierbar elektrisch erasable Logik) wurde von der Vereinigung von International CMOS Technology (ICT) eingeführt.

CPLDs

FREUNDE und MÄDCHEN sind nur in kleinen Größen verfügbar, zu einigen hundert Logiktoren gleichwertig. Für größere Logikstromkreise können komplizierter PLDs oder CPLDs verwendet werden. Diese enthalten die Entsprechung von mehreren FREUNDEN, die durch programmierbare Verbindungen, alle in einem einheitlichem Stromkreis verbunden sind. CPLDs kann Tausende oder sogar Hunderttausende Logiktore ersetzen.

Einige CPLDs werden mit einem FREUND-Programmierer programmiert, aber diese Methode wird ungünstig für Geräte mit Hunderten von Nadeln. Eine zweite Methode zu programmieren ist, das Gerät zu seiner gedruckten Leiterplatte zu verlöten, dann es mit einem Seriendatenstrom von einem Personalcomputer zu füttern. Der CPLD enthält einen Stromkreis, der den Datenstrom decodiert und den CPLD konfiguriert, um seine angegebene logische Funktion durchzuführen.

FPGAs

Während FREUNDE beschäftigt gewesen sind, sich in MÄDCHEN und CPLDs zu entwickeln (alle, die oben besprochen sind), geschah ein getrennter Strom der Entwicklung. Dieser Typ des Geräts basiert auf der Tor-Reihe-Technologie und wird die feldprogrammierbare Tor-Reihe (FPGA) genannt. Frühe Beispiele von FPGAs sind 82s100 Reihe, und 82S105 Ablaufsteuerung, durch Signetics, eingeführt gegen Ende der 1970er Jahre. 82S100 war eine Reihe UND Begriffe. 82S105 hatte auch Flip-Misserfolg-Funktionen.

FPGAs verwenden einen Bratrost von Logiktoren, und einmal versorgt, die Daten ändert sich, ähnlich dieser einer gewöhnlichen Tor-Reihe nicht. Der Begriff "feldprogrammierbarer" bedeutet, dass das Gerät vom Kunden, nicht dem Hersteller programmiert wird.

FPGAs werden gewöhnlich programmiert, unten zur Leiterplatte verlötet, die gewissermaßen diesem von größeren CPLDs ähnlich ist. Im grössten Teil größeren FPGAs ist die Konfiguration flüchtig, und muss ins Gerät umgeladen werden, wann auch immer Macht angewandt wird oder verschiedene Funktionalität erforderlich ist. Konfiguration wird normalerweise in einem Konfigurations-HIGH-SCHOOL-BALL oder EEPROM versorgt. EEPROM Versionen können im System (normalerweise über JTAG) programmierbar sein.

Der Unterschied zwischen FPGAs und CPLDs ist, dass FPGAs innerlich auf Nachschlagetabellen (LUTs) basieren, wohingegen CPLDs die logischen Funktionen mit dem Meer Tore (z.B Summe von Produkten) bilden. CPLDs werden für einfachere Designs gemeint, während FPGAs für kompliziertere Designs gemeint werden. Im Allgemeinen sind CPLDs eine gute Wahl für breite combinational Logikanwendungen, wohingegen FPGAs für große Zustandmaschinen (d. h. Mikroprozessoren) passender sind.

Andere Varianten

Zurzeit besteht viel Interesse in wiederkonfigurierbaren Systemen. Das sind Mikroprozessor-Stromkreise, die einige feste Funktionen und andere Funktionen enthalten, die durch den Code verändert werden können, der auf dem Verarbeiter läuft. Das Entwerfen von sich selbstverändernden Systemen verlangt, dass Ingenieure neue Methoden erfahren, und dass neue Softwarewerkzeuge entwickelt werden.

PLDs werden verkauft, jetzt wo einen Mikroprozessor mit einer festen Funktion (der so genannte Kern) umgeben durch die programmierbare Logik enthalten. Diese Geräte lassen sich Entwerfer auf das Hinzufügen neuer Eigenschaften zu Designs konzentrieren, ohne sich über das Bilden der Mikroprozessor-Arbeit sorgen zu müssen.

Wie PLDs ihre Konfiguration behalten

Ein PLD ist eine Kombination eines Logikgeräts und eines Speichergeräts. Das Gedächtnis wird verwendet, um das Muster zu versorgen, das dem Span während der Programmierung gegeben wurde. Die meisten Methoden, um Daten in einem einheitlichen Stromkreis zu versorgen, sind an den Gebrauch in PLDs angepasst worden. Diese schließen ein:

• Silikon antiverschmilzt
• SRAM
• EPROM oder EEPROM Zellen
• Blitz-Gedächtnis

Silikonantisicherungen sind die Speicherelemente, die im FREUND, dem ersten Typ von PLD verwendet sind. Das sind Verbindungen, die durch die Verwendung einer Stromspannung über ein modifiziertes Gebiet von Silikon innerhalb des Spans gemacht werden. Sie werden Antisicherungen genannt, weil sie auf die entgegengesetzte Weise zu normalen Sicherungen arbeiten, die Leben als Verbindungen beginnen, bis sie durch einen elektrischen Strom gebrochen werden.

SRAM oder statischer RAM, ist ein flüchtiger Typ des Gedächtnisses, bedeutend, dass sein Inhalt jedes Mal verloren wird, wenn die Macht ausgeschaltet wird. SRAM-basierte PLDs müssen deshalb jedes Mal programmiert werden, wenn der Stromkreis eingeschaltet wird. Das wird gewöhnlich automatisch durch einen anderen Teil des Stromkreises getan.

Eine EPROM Zelle ist ein MOS (Metalloxydhalbleiter) Transistor, der durch das Abfangen einer elektrischen Anklage dauerhaft auf seiner Tor-Elektrode eingeschaltet werden kann. Das wird von einem FREUND-Programmierer getan. Die Anklage bleibt viele Jahre lang und kann nur durch das Herausstellen des Spans zum starken ultravioletten Licht in einem Gerät genannt einen EPROM Radiergummi entfernt werden.

Blitz-Gedächtnis ist unvergänglich, seinen Inhalt behaltend, selbst wenn die Macht ausgeschaltet wird. Es kann gelöscht und wie erforderlich, wiederprogrammiert werden. Das macht es nützlich für das PLD Gedächtnis.

Bezüglich 2005 sind die meisten CPLDs elektrisch programmierbar und erasable und unvergänglich. Das ist, weil sie zu klein sind, um die Unannehmlichkeit zu rechtfertigen, innere SRAM Zellen jedes Mal zu programmieren, wenn sie aufspringen, und EPROM Zellen wegen ihres keramischen Pakets mit einem Quarzfenster teurer sind.

PLD Programmiersprachen

Vieler FREUND, der Geräte programmiert, akzeptiert Eingang in einem Standarddateiformat, das allgemein darauf verwiesen ist, weil 'JEDEC Dateien'.They Softwarebearbeitern analog sind. Die Sprachen, die als Quellcode für Logikbearbeiter verwendet sind, werden Hardware-Beschreibungssprachen oder HDLs genannt.

PALASM und ABEL werden oft für Geräte der niedrigen Kompliziertheit verwendet, während Verilog und VHDL populäre Beschreibungssprachen des höheren Niveaus für kompliziertere Geräte sind. Der mehr beschränkte ABEL wird häufig aus historischen Gründen verwendet, aber aus neuen Designs ist VHDL sogar für Designs der niedrigen Kompliziertheit populärer.

Für moderne PLD Programmiersprachen sehen Designflüsse und Werkzeuge, FPGA und Wiederkonfigurierbare Computerwissenschaft.

PLD Programmierung von Geräten

Ein Gerät-Programmierer wird verwendet, um das boolean Logikmuster ins programmierbare Gerät zu übertragen. In den frühen Tagen der programmierbaren Logik hat jeder PLD Hersteller auch einen Spezialgerät-Programmierer für seine Familie von Logikgeräten erzeugt. Später sind universale Gerät-Programmierer auf den Markt gekommen, der mehrere Logikgerät-Familien von verschiedenen Herstellern unterstützt hat. Heutige Gerät-Programmierer können gewöhnlich allgemeinen PLDs (größtenteils Entsprechungen des FREUNDS/MÄDCHENS) von allen vorhandenen Herstellern programmieren. Allgemeine Dateiformate, die verwendet sind, um das boolean Logikmuster (Sicherungen) zu versorgen, sind JEDEC, Altera POF (Programmierbare Gegenstand-Datei), oder Xilinx BITstream.

Siehe auch

• Makrozellreihe
• Programmierbare Logikreihe (PLA)
• Programmierbare Reihe-Logik (PAL)
• Feldprogrammierbare Tor-Reihe (FPGA)
• Kompliziertes programmierbares Logikgerät (CPLD)
• Erasable programmierbares Logikgerät (EPLD)
• Anwendungsspezifischer einheitlicher Stromkreis (ASIC)
• Programmierbarer Logikkontrolleur (PLC)

Außenverbindungen

• PLD Werkzeuge, die SVF, MARMELADE, STAPL und andere Formate Schaffen