Що таке ПЛІС: поняття, визначення, правила програмування та основи для початківців

ПЛІС (FPGA) розшифровується як “Field Programmable Gate Array” і являє собою величезний масив вентилів, які можуть бути запрограмовані і перебудовані в будь-який час і в будь-якому місці. Багато користувачів до цих пір не розуміють, що таке ПЛІС. «Величезний набір воріт» — спрощений опис моделі. Деякі FPGA мають вбудовані жорсткі блоки: контролери пам’яті, високошвидкісні комунікаційні інтерфейси і кінцеві точки PCIe. Всередині FPGA багато вентилів, які можна вільно з’єднати разом. Принцип роботи більш або менш схожий на підключення окремих мікросхем логічних елементів. FPGA випускаються провідними компаніями світу Xilinx, Altera, і Microsemi.

Історія розвитку FPGA

Індустрія ПЛІС зросла з програмованою постійної пам’яті PROM і логічних пристроїв PLD. У 1970 р. Philips винайшов програмовану в польових умовах матрицю. У конструкції такої ПЛІС, що складалася з двох планів, досягалася специфічна реалізація логічних схем: функціональна дротова “І” або “АБО”. Це давало їй можливість реалізації функції у вигляді Sum of Products.

Altera була створена в 1983 році, а вже в 1984 році випустила перший в галузі який можна перепрограмувати логічний пристрій — EP300 з кварцовим вікном в упаковці, що дозволило використовувати ультрафіолетову лампу на матриці для видалення EPROM мітки.

Щоб подолати труднощі вартості і швидкості, була розроблена програмована логіка масиву, в яку входив лише один програмований «І», що вводиться в фіксовані «АБО» ворота. PAL і PLA разом з іншими варіантами групуються як прості програмовані логічні пристрої SPLD. Такі ПЛІС, що інтегровані в один чіп з наданими міжз’єднаннями для програмного з’єднання блоків, використовувалися для задоволення зростаючих технологічних вимог. Вони названі комплексними PLD і розроблені Altera.

Транзистори — інший клас електронних пристроїв на основі програмованих масок масивів затворів. Вони складаються з транзисторних масивів, які можуть бути підключені за допомогою користувальницьких проводів. Вони поступилися місцем логічним блокам, і тепер користувач може настроювати на місці, а не у виробничій лабораторії.

Ідея розробки першою комерційно життєздатною ПЛІС належить співзасновникам Xilinx Россу Фрімену і Бернарду Вондершмитту. XC2064 був винайдений в 1985 році і складався з 64 настроюваних логічних блоків з 3-ма довідковими таблицями. Він дає сучасне розуміння, що таке ПЛІС. Це було наприкінці 1980 року, коли запропонований Стівом Кассельман експеримент по створенню комп’ютера з 6000000 перепрограмованих воріт знайшов спонсорів у відділі надводних бойових дій ВМС США, а потім отримав патент в 1992 році.

До кінця 1990 року з’явилася велика конкуренція у виробництві ПЛІС, тоді частка ринку Xilinx почала знижуватися. Такі гравці, як Actel, Altera, Lattice, QuickLogic, Cypress, Lucent і SiliconBlue, зайняли свою нішу на світовому ринку FPGA поряд з Xilinx. У 1997 році Адріану Томпсону вдалося об’єднати програмування ПЛИСов і технологію генетичного алгоритму з FPGA, почавши нову епоху Evolvable.

Сьогодні ПЛІС стали досить доступними, у зв’язку з чим продовжують завойовувати популярність на споживчих ринках. Вони складаються з набору логічних комірок, що називаються таблицями пошуку LUT, оточених межкомпонентной мережею, що забезпечує гнучку систему, яка може реалізувати практично будь-який цифровий алгоритм.