Kirish I nazariy qism

Matnli tarmoqlar va PLL
Cyclone III oilasi chiplari 20 ta matnli tarmoqlarni o’zida jamlagan. Global matnli tarmoqlar uchun signallarni siz maxsus taktli chiqishlar, ikki marta tayinlangan chiqish taktlari, foydalanuvchi mantig’I va PLL biln ishlatishingiz mumkin. Cyclone III oilasi chiplari aniq boshqarishni kafolatlash va matnli signallarni sintezlash uchun to’rttagacha PLLga ega bo’lishi mumkin. Bunda har bir PLLda beshta chiqishi mavjud bo’ladi. Siz PLLdan chip ichida takt signallarini, tashqi takt signallari tizimini va I/O interfeyslarini boshqarish uchun foydalaniladi.
Cyclone III oilasi chiplarida qurilma ishi vaqtida tashqi xotira avto kalibrovkasini ishlab chiqish uchun PLLni dinamik rekonfiguratsiyalash mumkin. Bu vosita bir nechta signal chastotalari manbaalari kirishlarini va ko’paytirish, bo’lish va chastotani fazali surish bo’yicha mos keluvchi talablarini qo’llab quvvatlashga imkon beradi. Tashqi berilgan bitta takt signalidan o’ntagacha ichki takt signali va ikkita tashqi takt signalini generatsiyalash uchun Cyclone III oilasi chiplarida PLL kaskadli ulangan bo’lishi mumkin.
I/O(kiritish/chiqarish) vositalari
Cyclone III oilasi chiplarida 11 ta I/O banklari mavjud. Barcha I/O banklari bittalik va diferensial I/O standartlarini qo’llab quvvatlaydi. Bu I/Olar quyidagi jadvalda(1-jadval) berilgan:
1-jadval.

I/O turi	Standart
Bittalik I/O	LVTTL, LVCMOS, SSTL, HSTL, PCI, PCI-X
Diferensial I/O	SSTL, HSTL, LVPECL, BLVDS, mini-LVDS, RSDS, PPDS

1.3. Foydalanuvchili dasturlanuvchi matritsali mikrosxemalari
FPGA(Field Programmable Gate Arrays) foydalanuvchi klapan matritsalarida dasturlanuvchi mikrosxemalar. FPGA odatda signallarni qayta ishlashda foydalaniladi. U DMISga qaraganda mantiqiy elementlari ko’proq va arxitekturasi moslashuvchanroq bo’ladi. FPGAga mo’ljallangan dasturlar energiyaga bog’liq static operativ xotira yacheykasi asosidagi kabi bajariluvchi maxsus xotirada saqlanadi(Bunday sxemalar Xilinx va Altera kabi firmalar tomonidan ishlab chiqariladi). Bunday holatda dastur mikrosxemada elektr toki yo’qolganda saqlanmaydi. Energiyaga bog’liq Flash-xotira yacheykasi yoki antifuse ulagich asosidagida esa dastur elektr toki yo’qolgan paytda saqlanadi. Agar dastur energiyaga bog’liq xotirada saqlansa, u holda har safar qurilmani yoqqanda uni FPGAning ichiga o’rnatilgan boshlang’ich yuklagich yordamida qaytadan konfiguratsiyalash kerak bo’ladi. FPGAning alternative DMISi ancha sekin ishlaydigan signallarni qayta ishlovchi raqamli protsessor hisoblanadi. FPGA shuningdek superkompyuterlarda tezlashtiruvchi universal protsessorlar kabi qo’llaniladi(masalan: Cray –XD1, SGI – RASC loyihasida).
FPGA asosi matritsa ko’rinishida qator va ustunlar bo’ylab joylashgan ko’p sondagi konfiguratsiyalanuvchi mantiqiy bloklardan tashkil topadi. Bu bloklar orasida o’zaro aloqani ta’minlovchi trassalangan resurslar bilan bog’lanadi. FPGA arxitekturasi MPGA arxitekturasiga o’xshab ketadi. Ularning farqi, FPGA tayyor, standart va hech bo’lmaganda dasturlanmagan, biror iste’molchiga bog’liq bo’lmagan trassalangan resurslarga ega bo’ladi. Boshqa DMIS asosidagi kabi FPGA bazasida aniq loyihani qilish o’zaro aloqadorlikdagi dasturlash ta’sirida amalga oshiriladi. Bu paytda FPGA ishlab chiqaruvchisiga murojaat qilish talab qilinmaydi.
FPGA arxitekturasi Xilinx, Actel, Altera, Atmel, Agere System, QuickLogic va shu kabi firmalar tomonidan ishlab chiqariladi.
Aslida kombinatsiyalangan arxitekturali DMISning mavjudligi va uning umumqabul qilingan birlashtiruvchi nomning mavjudmasligi DMIS tasniflanishini tuzish jarayonida sezilarli noqulayliklarni keltirib chiqaradi. Ko’pincha kombinatsiyalangan arxitekturali DMIS ishlab chiqaruvchilar tomonidan CPLDni ham, FPGAni ham eslatmaydigan qanaqadir aniq nom bilan taqdim etiladi. Bunday nomlar ko’p bo’lib, ular asosida birorta tasniflash o’tkazilmaydi.
SOPC(System On Programmable Chip) atamasi ya’ni “dasturlanuvchi kristaldagi tizim” yuzminglab yoki hatto millionlab ekvivalent klaplardan tashkil topgan eng katta integratsiya darajasidagi DMISga olib boradi.Bunday yuqori darajadagi integratsiyalashishga faqat eng zamonaviy texnologiya jarayonlari yordamida yetib boriladi. Texnologik jarayonlarning o’sib borishi asosida bir vaqtda yuqori tezlikli va yuqori darajada integratsiyalashgan KIS ta’minlaydi. Natijada ushbu imkoniyatli integratsiya bitta kristallda butun yuqori ishlab chiquvchan tizimga olib keladi. Integratsiya va arxitektura orasidagi bog’lanish sababli tasniflash unchalik ham qat’iy emas, va unda ikkita belgining bir qancha aralashishi mavjud, biroq u korsatilgan ko’rinishda qabul qilingan.

Hozirda bozorda katta miqdordagi turli xil SOPClar paydo bo’ldi va ular orasida o’zlarining sinfostilarini va oriyentatsiya muammolarini mo’ljallab oldilar. Barcha variantlarni detallab sinflamasdan maqsadga muvofiq holda blokli SOPCni hech bo’lmaganda ikki guruhga bo’lamiz: apparat yadro protsessoriga ega bo’lgan va bo’lmagani. Birinchisi KISni haqiqiy universal ko’rinishda beradi. Bunda u mikroprotsessor tizimlariga xarakterli bo’lgan to’liq bloklar to’plamini o’zida saqlaydi(tizim raqamli ko’rinishdagi tizim qismiga ega bo’ladi, lekin, aytib o’tish kerakki, ba’zi SOPClarning kirishlari uchun analog signallarni dastlabki qayta ishlash va keying raqamlashtirishga mo’ljallangan analog bloklar mavjud bo’ladi). Ikkinchisi yuqoridagi kabi yoki boshqa aniq ilovaga maxsuslashtirilgan yoki yo’naltirilgan bo’ladi. Lekin bu yerda shuni aytish kerakki, ba’zi ikkinchi turdagi muhit interfeyslari bunday SOPClar qo’llaniluvchi butun tizimlarni o’rnatishni osonlashtiradi. Bunday DMISlarga misol qilib Altera firmasining Cyclone III va Stratix III mikrosxema oilasini keltirish mumkin. Cyclone III oilasi yuqori funksional, kam energiya sarflaydi va kam xarajatlidir. 65 nmli zamonaviy texnologik protsessning va Quartus II dasturiy taminotining qo’llanilishi oldingi Cyclone II oilasiga qaraganda 50%ga kam energiya sarflash imkonini beradi. Cyclone III oilasining asosiy resurslari quyidagi rasmda berilgan:

1.1-rasm. Cyclone III ning resurslari va ularning kristallda joylashishi
Resurslar hajmi(120K ЛЭgacha, 4 Mbgacha o’rnatilgan xotira, 288gacha o’rnatilgan ko’paytirgichlar, 535gacha kiritish/chiqarish liniyalari) – oilaning yuqori funksionalligi haqida xabar beradi. Cyclone III arxitekturasi 160 DMIPSdan yuqori unumdorlikka ega NIOS II o’rnatilgan dastur protsessorini qo’llab quvvatlaydi.
Phase-Locked Loops sxemalari tizim darajasidagi sinxronimpulsli moslashuvchan boshqarish uchun ishlatiladi. Bungacha mos sxemali yechim sifatida faqat yuqori sifatli diskret PLL qurilmalarda qo’llanilgan.
Cyclone III qurilmasi ,ular 4 tagacha PLL bloke va 10 tagacha sinxronchastotali tizim zanjiriga egaligi, loyihalovchi foydalanuvchining talabini qondirish uchun tuzilgan. Ular kiritish-chiqarish tez harakatlanuvchi diferensial interfeysining sinxronizatsiya signalini shakllantirishda va shuningdek umumiy berilgan vazifani bajarishga ketgan vaqtni ko’rsatishda ishlatiladi. Quyidagi rasmda Cyclone III uchun PLLning o’ziga xos xususiyatlari tasvirlangan:

1.2-rasm. Cyclone III uchun PLL
9 kbitli M9K o’rnatilgan xotira bloklari oddiy operativ xotira, ikki kiruvchili operativ xotira, doimiy xotira qurilmasi, FIFO va БИХ va КИХ filtrlarini ishlab chiqish uchun ishlatiladigan siljuvchi regstrlarni qurishda ishlatiladi. Har bir blok kerakli proporsiyada ikkiga bo’linadi. M9K bloklar soni yig’indisi 432tagacha bo’lishi mumkin. M9K o’rnatilgan xotira blokining asosiy xarakteristikalari 3-rasmda ko’rsatilgan:

1.3-rasm. M9K o’rnatilgan xotira bloke xarakteristikalari

18x18 o’rnatilgan ko’paytirish bloklari 260MHz gacha takt chastotali signallarni qayta ishlash funksiyalarini ishlatish uchun samarali vosita bo’lib hisoblanadi. Zaruriy holatda ularni har birini ikkita 9x9 ko’rinishdagisiga bo’lish mumkin. Ularning xotira registry elementlari tarkibida mavjud bo’lishi hisoblashni konveyrlashga imkon beradi.

1.4-rasm. O’rnatilgan DMIS III ko’pytirgichi

Mantiqiy bloklar local bog’lanish matritsalari bilan bog’langan 16tadan mantiqiy elementlardan tashkil topgan. Lokal boshqaruv shinasida ikkita liniya blokda taktlanadi. Bloklar soning yig’indisi 7443tagacha bo’lishi mumkin. Mantiqiy elementlarning soni esa 119088tagacha borishi mumkin. Mantiqiy element Cyclone III arxitekturasidagi eng kichik mantiqiy blokdir. Har bir LE da qurilmaning oldingi seriyalari kabi to’rtta o’zgaruvchidan har qanday funksiyani ishlab chiqish mumkin bo’lgan funksional generator bo’lib hisoblanuvchi to’rt kirishli jadval – LUT ni o’z ichiga oladi. Bundan tashqari, LE tarkibida dasturlovchi registr va tashuvchi zanjir bo’ladi. Har bir LE barcha aloqa kanallari bo’yicha o’z signallarini uzatadi. Bu aloqa kanallar quyidagilar: qator bo’ylab, ustun bo’ylab, LUT zanjiri bo’ylab, registrlar zanjiri bo’ylab va to’g’ridan-to’g’ri aloqa qiluvchi local kanallardir. Har bir dasturlanuvchi LE registr D, T, JK va SR rejimlardagi ishlar uchun sozlangan bo’lishi mumkin. Har bir registrda ma’lumotlar kirishi, tashlab yuborishni amalga oshirish uchun asinxron kirishlar, sinxron chastotalar kirishi va sinxron chastotaga ruxsat beruvchi kirishlar mavjud bo’ladi. Umumiy berilgan kiritish-chiqarish kirishlarining global signallari yoki har qanday ichki mantiq sinxron chastota va tashlab yuboruvchi signallar bilan boshqarish mumkin. Sinxron chastotalarga ruxsat beruvchi kirishlar va tashlab yuborishlar umumiy berilgan kiritish-chiqarish kirishlarini qanday boshqarsa ichki mantiqni ham shunday boshqaradi.

1.5-rasm. Cyclone III DMISning mantiqiy elementi

Cyclone III qurilmasi 12ta kiritish-chiqarish standartlarini qo’llab quvvatlaydi. Cyclone III oilasi 169 tagacha tez ishlovchi diferensial kirishlarga va169 tagacha diferensial chiqish kanallari, shu jumladan 875-Mbps li operatsiyalar uchun optimizatsiyalangan 77 tagacha kanallarga ega. 6-rasmda ma’lumotlar uzatish uchun qanday ishlasa sinxronizatsiyalash uchun ham shunday ishlovchi diferensial LVDS buferlar ko’rsatilgan:

1.6-rasm. Diferensial LVDS buferlar.
Ba’zi kiritish-chiqarish banklari tashqi xotiraga ulanish uchun ajratilgan zanjirni o’zida saqlaydi. Bu zanjir DDR, SDRAM va FCRAM qurilmalarini o’z ichiga olgan holda, tashqi xotira qurilmalariga ma’lumot uzatishni osonlashtiradi. Ma’lumotlarni uzatishning maksimal tezligi 266 Mbit/s ga yetadi.(har takt chastotada 133 MHz).
Cyclone qurilmasi turli xil ko’rinishdagi tashqi qurilmalar bilan ishlash imkoniga ega. Bular DDR SDRAM, FCRAM va an’anaviy SDR SDRAM xotira standartlaridir. Ma’lumotlarni almashish ma’lmotlarni 266Mbit/s tezlikkacha ishonchli va tez uzatishni kafolatlovchi belgilangan interfeys orqali amalga oshiriladi.
DDR SDRAM qurilmasi kam energiya sarfi, nisbatan arzonligi va ma’lumotlarni tez uzatish imkoniyati sababli ancha mashhur bo’lgan. Ma’lumotlarni uzatish ma’lumotlar uzatish tezligini maksimal darajagacha oshirib va ancha sekin ishlovchi SDR arxitektura bilan solishtirib ikki marta ta’sirliroq qilib takt signalining har ikki tomoni bo’yicha amalga oshiriladi. DDR SDRAM qurilmasi bozorni kompyuter sohasi orqali egalladi va endi tarmoq hamda komunikatsiya ilovalaridan uy ko’ngilochar ilovalargacha bo’lgan keng diapazonda foydalanilmoqda.
FCRAM qurilmasi SRAM qurilmasiga o’xshaydi va u ham SRAM arxitekturasiga asoslangan. SDRAMga o’xshab FCRAM qurilmasi ham tizim takt signalining ikkala fronti bo’ylab ma’lumot uzatishni qo’llab quvvatlaydi. Bu qurilmaning yuqori unumdorligi SDRAM arxitekturasi bilan solishtirishdag murojaat vaqtini jiddiy kamaytiruvchi xususiy konveyrli va zaryadoldi operatsiyalar bilan to’g’ridan-to’g’ri bog’liq.
Kattalashgan tizim tezligi va sinxrosignal fronti uzunligini qisqartirish tufayli tez ishlovchi raqamli loyihalarda buzilishsiz formalarning signallarini uzatishga oshgan talabni davom ettiradi. Loyihalovchilar signallarni uzatish paytida buzilishlardan qochish uchun biro’tkazgichli aloqa kanallari kabi diferensial aloqa kanallarida ham kelishishlari kerak. An’anaviy holda, loyihalovchilar bosma platada joylashgan signal mosligini ta’minlovchi to’g’rilovchi rezistorlardan foydalanadilar. Biroq, bu registrlar bosma platada qandaydir joy egallaydi va barcha signalni qaytarishga olib kelishi mumkin. Bu qaytarish, odatda, moslashtiruvchi rezistorlar uzatish kanallari tugashidan uzoqda joylashgan bo’lsa amalga oshadi. Cyclone III qurilmasidagi «tugallash» texnologiyasi sxemada ketma-ket, parallel hamda diferensial «tugallash»ni va drayverlarning ta’sir etuvchi qarshiligi mosligini yuzaga keltiruvchi kristalda joylashgan rezistorlarni «tugallash» (терминирования)ni o’zida namoyon etadi. Mavjud drayverlarning ta’sir etuvchi qarshiligi tizimning maksimal samaradorligi uchun zarur. Chunki signal qaytishini qisqartirishga va uzun aloqa kanalida ishlash paytida signal formasini yaxshilashga erishishga imkon beradi(7-rasmda keltirilgan). Berilgan tashqi resistor (Rup va Rdn) bitta VCCIO uchun tayanch bo’lib turuvchi resistor kabi ishlatiladi. Rup rezistori – VCCIO bilan boglangan manbaaga to’planadi. Rdn rezistori esa GND bilan bog’langan. «tugallash» texnologiyasi yuqoridagi ikkita tutib turuvchi resistor qiymatlarini boshqaradi va shu ta’sir etuvchi qarshiligiga ichki sxema kechikishini to’g’rilash uchun qiymat olishda foydalaniladi(8-rasmda ebrilgan). Bundan tashqari «tugallash» texnologiyasi sxemasi manbaa kunchalinishi, temperature vashu kabilar bo’yicha kompensatsiya beradi. Bu sxema qurilmaning normal ishi vaqtida ichki «tugallash» rezistorlarini uzluksiz kalibrlaydi. «tugallash» texnologiyasi bitta kiritish-chiqarish banki uchun kiritish-chiqarish standart tipini qo’llab-quvvatlaydi.

1.7-rasm. «tugallash» texnologiyasi signal formasi(ko’rinishi)ni yaxshilaydi.
Kristalda «tugallash» bosma platada joy bo’shatadi va platada joylashgan tashqi registrlarning sonini minimallashtirib bosma platani qurishni soddalashtiradi.

1.8-rasm. Kalibrovkali va kalibrovkasiz “tugallash” texnologiyasi