Autor: Miguel Angel Montejo Ráez
Este documento es un extracto y una traducción del original en inglés: Texas Instruments CUPL Manual
Indice
- ¿Qué es la lógica programable?.
- ASIC.
- Estructura básica de un PLD.
- PROM.
- PAL.
- GAL.
- PLA.
- PLDs complejos.
- FPGA.
Nota del traductor: si desea un conocimiento más amplio del tema consulte "Dispositivos Lógicos Programables", de Gabino Almohacid Puche y Juan de la Casa Higueras, editado por la Cámara de Comercio e Industria de Jaén.
¿Qué es la lógica programable?
La lógica programable, como el nombre implica, es una familia de componentes que contienen conjuntos de elementos lógicos (AND, OR, NOT, LATCH, FLIP-FLOP) que pueden configurarse en cualquier función lógica que el usuario desee y que el componente soporte. Hay varias clases de dispositivos lógicos programables: ASICs, FPGAs, PLAs, PROMs, PALs, GALs, y PLDs complejos.
ASIC
ASIC significa Circuitos Integrados de Aplicación
Específica y son dispositivos definibles por el usuario. Los ASICs, al
contrario que otros dispositivos, pueden contener funciones analógicas,
digitales, y combinaciones de ambas. En general, son programables mediante
máscara y no programables por el usuario. Esto significa que los fabricantes
configurarán el dispositivo según las especificaciones del usuario. Se
usan para combinar una gran cantidad de funciones lógicas en un dispositivo.
Sin embargo, estos dispositivos tienen un costo inicial alto, por lo tanto
se usan principalmente cuando es necesario una gran cantidad.
Estructura
básica de un PLD
Un dispositivo programable por el usuario es aquel
que contiene una arquitectura general pre-definida en la que el usuario
puede programar el diseño final del dispositivo empleando un conjunto
de herramientas de desarrollo. Las arquitecturas generales pueden variar
pero normalmente consisten en una o más matrices de puertas AND y OR para
implementar funciones lógicas. Muchos dispositivos también contienen combinaciones
de flip-flops y latches que pueden usarse como elementos de almacenaje
para entrada y salida de un dispositivo. Los dispositivos más complejos
contienen macrocélulas. Las macrocélulas permite al usuario configurar
el tipo de entradas y salidas necesarias en el diseño
PROM
PAL
GAL
Las GAL son dispositivos de matriz lógica genérica.
Están diseñados para emular muchas PAL pensadas para el uso de macrocélulas.
Si un usuario tiene un diseño que se implementa usando varias PAL comunes,
puede configurar varias de las mismas GAL para emular cada de uno de los
otros dispositivos. Esto reducirá el número de dispositivos diferentes
en existencia y aumenta la cantidad comprada. Comúnmente, una cantidad
grande del mismo dispositivo debería rebajar el costo individual del dispositivo.
Estos dispositivos también son eléctricamente borrables, lo que los hace
muy útiles para los ingenieros de diseño.
PLA
PLDs
complejos
Los PLDs complejos son lo que el nombre implica,
Dispositivos Complejos de Lógica Programable. Se consideran PAL muy grandes
que tienen algunas características de las PLA. La arquitectura básica
es muy parecida a la PAL con la capacidad para aumentar la cantidad de
términos AND para cualquier término OR fijo. Esto se puede realizar quitando
términos AND adyacentes o empleando términos AND desde una matriz expandida.
Esto permite que cualquier diseño pueda ser implementado dentro de estos
dispositivos.
FPGA
Cada CLB contiene lógica programable combinacional
y registros de almacenamiento. La sección de lógica combinacional es capaz
de implementar cualquier función booleana de sus variables de entrada.
Cada IOB puede programarse independientemente para
ser una entrada, y salida con control tri-estado o un pin bidireccional.
También contiene flip-flops que pueden usarse como buffers de entrada
y salida. Los recursos de interconexión son una red de líneas que corren
horizontalmente y verticalmente las filas y columnas entre el CLBS.
Los interruptores programables conectan las entradas
y salidas de IOBS y CLBS a líneas cercanas. Las líneas largas recorren
la anchura o longitud entera del dispositivo, estableciendo intercambios
para proporcionar una distribución de señales críticas con la mínima demora
o distorsión.
Los diseñadores que usan FPGAs pueden definir funciones
lógicas en un circuito y revisar estas funciones como sea necesario. Así,
las FPGAs pueden diseñarse y verificarse en unos días, a diferencia de
las varias semanas necesarias para las matrices de puerta programables.
Las PROM son memorias programables de sólo lectura. Aunque el nombre no
implica la lógica programable, las PROM, son de hecho lógicas. La arquitectura
de la mayoría de las PROM consiste generalmente en un número fijo de términos
AND que alimenta una matriz programable OR. Se usan principalmente para
decodificar las combinaciones de entrada en funciones de salida.
Las PAL son dispositivos de matriz programable. La arquitectura interna
consiste en términos AND programables que alimentan términos OR fijos.
Todas las entradas a la matriz pueden ser combinadas mediante AND entre
si, pero los términos AND específicos se dedican a términos OR específicos.
Las PAL tienen una arquitectura muy popular y son probablemente el tipo
de dispositivo programable por usuario más empleado. Si un dispositivo
contiene macrocélulas, comúnmente tendrá una arquitectura PAL. Las macrocélulas
típicas pueden programarse como entradas, salidas, o entrada/salida (e/s)
usando una habilitación tri-estado. Normalmente tienen registros de salida
que pueden usarse o no conjuntamente con el pin de e/s asociado. Otras
macrocélulas tiene más de un registro, varios tipos de retroalimentación
en las matrices, y ocasionalmente realimentación entre macrocélulas.
Las PLA son matrices lógicas programables. Estos dispositivos contienen
ambos términos AND y OR programables lo que permite a cualquier término
AND alimentar cualquier término OR. Las PLA probablemente tienen la mayor
flexibilidad frente a otros dispositivos con respecto a la lógica funcional.
Normalmente poseen realimentación desde la matriz OR hacia la matriz AND
que puede usarse para implementar máquinas de estado asíncronas. La mayoría
de las máquinas de estado, sin embargo, se implementan como máquinas sincrónas.
Con esta perspectiva, los fabricantes crearon un tipo de PLA denominado
Secuencial (Sequencer) que posee registros de realimentación desde la
salida de la matriz OR hacia la matriz AND.
Las FPGA son Campos de Matrices de Puertas Programables. Simplemente son
matrices de puertas eléctricamente programables que contienen múltiples
niveles de lógica. Las FPGA se caracterizan por altas densidades de puerta,
alto rendimiento, un número grande de entradas y salidas definibles por
el usuario, un esquema de interconexión flexible, y un entorno de diseño
similar al de matriz de puertas. No están limitadas a la típica matriz
AND-OR. Por contra, contienen una matriz interna configurable de relojes
lógicos (CLBs) y un anillo de circunvalación de bloques de e/s (IOBs).
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