Архітектура ПЛІС з апаратним мікропроцесорним ядром

Найбільш ефективний шлях мінімізації накладних витрат на пересилки - це розміщення обчислювального середовища поряд з центральним процесором, а ще краще - на тому ж самому кристалі, що і процесор.

Розміщення мікропроцесорного ядра на кристалі великої ПЛІС є напрямком, якому приділяється найбільш уваги і в який вкладаються найбільші інвестиції. Спочатку цей напрямок виник у зв’язку з розповсюдженням сучасної технології розробки систем обробки на одному кристалі (System On the Chip, SOC). Така система складається з мікропроцесорного ядра загального призначення і різноманітних периферійних пристроїв, як наприклад, ОЗП, ПЗП, порти вводу-виводу, процесори спеціальної обробки, аналогові схеми, тощо.

Звичайно, мікропроцесорне ядро можна реалізувати на тій самій програмованій логіці (див. нижче). Але апаратне ядро відрізняється в 2-5 разів більшою тактовою частотою, на порядок меншою займаємою площею на кристалі, значно меншим енергоживленням. Проект з таким ядром простіше відображати в ПЛІС (швидше синтез, розводка, тестування).

В таблиці 2 показані фірми-виробників ПЛІС та серії ПЛІС, в яких розміщене апаратне ядро мікропроцесора.

Таблиця 2 – Фірми-виробники ПЛІС та серії ПЛІС

Фірма	Серія ПЛІС	Архітектура мікропроцесора	Розрядність
Xilinx	VirtexII	PowerPC
Altera	APEX	MIPS
Altera	APEX	ARM
QuickLogic	QuickMIPS	MIPS32Kc
Atmel	AT40K	AVR
Triscend	TE5	i8051

В цій архітектурі найчастіше застосовується суперскалярне RISC-ядро з тактовою частотою до 100-200 і більше МГц. Такої продуктивності достатньо для виконання керуючих частин алгоритмів для великої множини застосувань. Програмовані ресурси ПЛІС застосовуються для реалізації різноманітних периферійних пристроїв. Найбільш ефективним периферійним пристроєм є спеціалізований процесор для виконання функцій, які потребують великої інтенсивності обчислень. Такий процесор може виконувати з максимальною продуктивністю, наприклад, алгоритми, приведені в таблиці 1.

Недоліками такої архітектури є те, що таке середовище, як ПЛІС, не забезпечує високе відношення продуктивність/апаратні витрати (в кількості транзисторів), або відношення продуктивність - енерговитрати у багатьох застосуваннях, таких як цифрова обробка сигналів, також недостатнім є об’єм пам’яті що програмується. Щоби зменшити ці недоліки в кристалах, наприклад, Xilinx VirtexII розміщають наряду з програмованою логікою окремі блоки оперативної пам’яті і блоки множення з числом до сотні і більше.

Дата добавления: 2014-01-07