Żyjemy w świecie, w którym technologia cyfrowa obecna jest praktycznie w każdym aspekcie naszego życia. Warto więc zapoznać się z podstawowymi informacjami dotyczącymi układów cyfrowych, aby mieć, chociaż ogólne pojęcie w tym zakresie. Poniżej krótkie wprowadzenie do tematu układów programowalnych: z czego się składają, jaka jest zasada ich działania, czym się różnią, gdzie znajdują zastosowanie.
Historia i pochodzenie
Układy programowalne (PLD, z ang. Programmable Logic Device), to układy scalone, które charakteryzują się programowalną, określoną przez użytkownika strukturą, dzięki której mogą one działać tak, jak działa dowolny układ cyfrowy. Możliwości układów programowalnych wynikają jedynie z liczby wewnętrznych elementów, które można zaprogramować.
Ich historia sięga przełomu lat 60. i 70. XX wieku, kiedy to pierwsze układy programowalne zostały stworzone przez firmy: Motorola (1969) i Texas Instruments (1970). W roku 1971. firma General Electric przedstawiła pierwszy układ oparty o technologię PROM. Z czasem inne firmy proponowały własne rozwiązania, wprowadzający tym samym nowe możliwości do powstających urządzeń.
Podstawowe cechy układów programowalnych
Najważniejszą cechą jest możliwość pełnej konfiguracji, dana użytkownikowi i pozwalająca na zaimplementowanie w swojej strukturze projektu dowolnego układu cyfrowego. Układy programowalne nie są jednak procesorami, ponieważ te ostatnie mają stałą strukturę, w tym natomiast przypadku struktura bramek logicznych zależy od tego, jak zostaną zrealizowane połączenia pomiędzy komórkami logicznymi oraz w ich obrębie. Realizacja połączeń odbywa się przez zaprogramowanie układu z użyciem programów komputerowych dostarczanych przez producenta układu PLD.
Podział układów programowalnych
W obrębie PLD wyróżniane są układy PROM, SPLD, CPLD i FPGA. Te pierwsze są układami scalonymi jednokrotnego zapisu (ang. Programmable read-only memory), które można zaprogramować samodzielnie. Układy PROM są tańsze od ich odpowiedników z układami Flash, jednak z uwagi na brak możliwości aktualizacji oprogramowania, stosowane są coraz rzadziej.
Z kolei układy SPLD (z ang. Simple Programmable Logic Device) są najmniejszymi układami PLD. Produkuje się je zazwyczaj w technologii CMOS, a ich konfiguracja opiera się na wykorzystaniu łączników rozwarciowych lub tranzystorów MOS. Układy SPLD dzielą się zazwyczaj na trzy grupy: PLE, PLA oraz najpopularniejsze obecnie: PAL.
Układy CPLD (z ang. Complex Programmable Logic Devices) to powiązanie klasycznej struktury elementów PAL ze znacznie zwiększonym rozmiarem matrycy AND, połączonych ze sobą programowalną, szybką matrycą połączeniową, której budowa może być bardzo różna, przez co układy CPLD różnią się między sobą czasami propagacji sygnałów oraz zdolnością łączeniową.
Układy CPLD produkowane są obecnie w technologii EEPROM lub Flash i zawierają przeważnie od kilkudziesięciu do kilkuset makrokomórek.
Układy FPGA (Field Programmable Gate Arrays) charakteryzują się jeszcze bardziej złożoną architekturą niż układy CPLD. Niektóre posiadają po kilka milionów bramek, kilkadziesiąt tysięcy komórek logicznych i prawie 800 linii wejścia/wyjścia. W swoim działaniu wspierane są pamięciami SRAM i Flash, służącymi do zapisu konfiguracji. Układy takie są z natury re-programowalne, jednak po włączeniu zasilania ich zawartość musi być ładowana z pamięci nieulotnej. Są one najdroższymi z dostępnych obecnie układów programowalnych.
Jak widać, wybór odpowiedniej opcji zależy od indywidualnych potrzeb użytkownika. Układy programowalne w szerokim wyborze dostępne są w hurtowni Micros.
Zalety układów programowalnych to przede wszystkim ich szybkość działania – w zależności od rodzaju i typu ponad setki MHz. Mogą być wielokrotnie wykorzystywane i pozwalają na szybkie przeprowadzenie badań projektowych.
