FPGA และ Programmable Logic Devices อื่นๆ

1. FPGA และ Programmable Logic Devices อื่นๆ (Field-Programmable Gate Array)

2. เนื้อหา • หลักการของ programmable logic device (PLD) และวิธีการโปรแกรมสร้างวงจรตรรกดิจิตอล • หลักการของ field-programmable gate array (FPGA) และวิธีการโปรแกรมสร้างวงจรตรรกดิจิตอล • การใช้งาน FPGA กับภาษา HDL อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อออกแบบหรือสร้างวงจรดิจิตอลขนาดใหญ่ อ.เกษมสุข เสพศิริสุข

3. Programmable Logic Devices • PLD เป็นไอซีที่ผลิตล๊อตใหญ่ๆมากจากโรงงาน และผู้ใช้งานสามารถโปรแกรมสร้างวงจรได้ตามที่ต้องการ • วงจรที่สร้างได้อาจเป็น combinational-logic ไปจนวงจร sequential state machine ที่ซับซ้อนได้ • มีหลากหลายเช่น PLA-Programmable logic array, PAL-Programmable AND-array logic, GAL-Generic-array logic และ PROM-Programmable read-only memmory • อาจกล่าวได้ว่า FPGA ก็เป็น PLD ชนิดหนึ่ง อ.เกษมสุข เสพศิริสุข

4. การสร้างวงจรเฉพาะ (Circuit Customization) • บางครั้งเรียกว่า PLD programming • การโปรแกรม เป็นการเปิด(open)หรือปิดวงจร(short)ระหว่างจุดตัดในแนวตั้งและแนวนอน ณ.ตำแหน่งที่ต้องการ ซึ่งอาจจะเป็นแบบชั่วคราวหรือถาวร • ชิพอาจถูกสร้างมาเป็นแบบ short ทั้งหมดหรือ open ทั้งหมดแล้วมีส่วนที่ให้ผู้ใช้ปรับเปลี่ยนในภายหลังได้ • Fusible linkคือเมื่อเลือกจุดตัดนั้นแล้วกระแสหรือแรงดันจะทำให้จุดนั้น open • Antifuse คือเมื่อเลือกจุดตัดนั้นแล้วกระแสหรือแรงดันจะทำให้จุดนั้น short • การโปรแกรมแบบถาวรเรียกว่า One-time programming (OTP) อ.เกษมสุข เสพศิริสุข

5. วิธีฟิวส์เป็นการโปรแกรมแบบถาวร ซึ่งต่างจากการใช้เมมโมรี่ + nMOS • เมมโมรี่อาจเป็นแบบ SRAM (volatile ต้องการไฟเลี้ยง) หรือ Flash (Non-volatile ไม่ต้องการไฟเลี้ยง) อ.เกษมสุข เสพศิริสุข

6. Programmable Logic Arrays • ประกอบด้วยอาเรย์ของ AND และ OR • เพื่อความง่าย AND และ OR gate มีหลายอินพุทแต่เขียนเพียง เส้นเดียว • Output ของ AND เป็น product ส่วนของ OR เป็น sum-of-product • N x P x M PLA คือมี • N อินพุท • P โปรดักท์ (การแอน) • M เอาท์พุท อ.เกษมสุข เสพศิริสุข

7. ตัวอย่าง วงจรลบ 1บิท • วงจร a – b – borrow_in • ให้ w เป็น borrow_in อ.เกษมสุข เสพศิริสุข

8. การสร้างวงจรด้วย nMOS • ในรูปเป็น 3x4x2 PLA ที่สร้างด้วย nMOS เฉพาะ ผลลบ(res) • จะเห็นว่า nMOS จะถูกนำมาใช้เป็นแบบ NOR-NOR-invert • เนื่องจาก NOR สามารถนำไปทำเกตชนิดอื่นได้ง่าย Not-AND = NOR Not-NOR = OR อ.เกษมสุข เสพศิริสุข

9. PROM อ.เกษมสุข เสพศิริสุข

10. PROM (ต่อ) อ.เกษมสุข เสพศิริสุข

11. PAL อ.เกษมสุข เสพศิริสุข

12. FPGA อ.เกษมสุข เสพศิริสุข

13. อ.เกษมสุข เสพศิริสุข

14. อ.เกษมสุข เสพศิริสุข