Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

В настоящее время одним из активно развивающихся в России направлений разработок является аппаратура для телекоммуникаций. Несмотря на то, что крупнейшие операторы коммуникаций в нашей стране используют, в основном, готовое зарубежное оборудование, открытыми остаются вопросы о сопряжении его с существующими отечественными каналами связи, а также о реализации дополнительных функций, необходимых потребителю. На базе технологии ПЛИС реализуются коммутаторы, системы защиты информации и т.п. Немаловажно, что специальная связь реализуется только на отечественном оборудовании, при разработке которого последние годы широко используется импортная элементная база, в том числе ПЛИС. При этом «пионерами» в применении ПЛИС высокой степени интеграции были разработчики из министерства обороны и спецслужб, в силу своей специфики первыми получившие доступ к элементной базе и системам автоматизированного проектирования [6].

Рассмотрим основные подходы при выборе ПЛИС для реализации проектов. Как известно, при выборе элементной базы руководствуются следующими критериями отбора: быстродействие; логическая емкость, достаточная для реализации алгоритма; схемотехнические и конструктивные параметры ПЛИС, надежность, рабочий диапазон температур, стойкость к ионизирующим излучениям и т.п.; стоимость владения средствами разработки, включающая как стоимость программного обеспечения, так наличие и стоимость аппаратных средств отладки; стоимость оборудования для программирования ПЛИС или конфигурационных ПЗУ; наличие методической и технической поддержки; наличие и надежность российских поставщиков; стоимость микросхем.

Рассмотрим с этих позиций продукцию ведущих мировых производителей ПЛИС, имеющих российских дилеров.

Фирма Altera Corporation, была основана в июне 1983 года. В настоящее время последним достижением этой фирмы в области ПЛИС с архитектурой FPGA является семейство Stratix V. Кроме того, Altera выпускает ПЛИС с архитектурой CPLD. На текущий момент последней разработкой в этой области является семейство ПЛИС MAX V. Дополнительным фактором при выборе ПЛИС Altera является наличие достаточно развитых бесплатных версий САПР, а именно Quartus II Web Edition Software (Service Packs), который можно бесплатно загрузить с сайта. Кроме того, ПЛИС фирмы Altera выпускаются с возможностью программирования в системе непосредственно на плате. ПЛИС фирмы Altera выпускаются в коммерческом и индустриальном диапазоне температур [1].

Компания Xilinx, Inc. была основана в феврале 1984. На текущий момент последней разработкой этой фирмы в области ПЛИС с архитектурой FPGA является седьмая серия семейств Artix, Kintex, Virtex. Седьмая серия семейств Artix, Kintex, Virtex характеризуется широким разнообразием высокоскоростных трассировочных ресурсов, наличием выделенного блочного ОЗУ, развитой логикой ускоренного переноса. ПЛИС данной серии обеспечивают высокие скорости межкристального обмена. Наибольшую производительность обеспечивают ПЛИС семейства Virtex 7. Помимо ПЛИС архитектуры FPGA Xilinx выпускает ПЛИС с архитектурой CPLD. Новейшей разработкой Xilinx в этой области является семейство XC9500XL и CoolRunner-II. Существует бесплатная версия САПР - WebPACK, ввод описания алгоритма с помощью языка описания аппаратуры VHDL. ПЛИС Xilinx выпускаются как в коммерческом и индустриальном диапазоне температур, так и с военной (Military) и космической (Space) приемкой [2].

Компания Actel Corporation была основана в 1985 году. Фирма занимается выпуском ПЛИС архитектуры FPGA. Новейшими семействами ПЛИС являются семейства IGLOO (e, nano, PLUS) и ProASIC3 (e, nano, l). ПЛИС всех семейств Actel выпускаются в коммерческом и индустриальном диапазоне температур, а также с военной и космической приемкой [3].

Еще одним производителем ПЛИС является компания Lattice Semiconductor. Lattice Semiconductor только в 2002 году начала производство FPGA-микросхем, и на этом рынке она занимает всего порядка нескольких процентов. Однако Lattice Semiconductor является одним из лидеров в области производства CPLD и SPLD (simple PLD - более простые по сравнению с CPLD программируемые устройства) микросхем. Хотя компания Lattice Semiconductor появилась на рынке ПЛИС FPGA относительно недавно, она выпускает довольно большой ассортимент микросхем данного типа. Среди них стоит выделить микросхемы Field Programmable System Chip (FPSC) - первой серии ПЛИС со встроенными ASIC ядрами, которые предназначены для реализации стандартных IP ядер - шинного интерфейса, высокоскоростного интерфейса или высокоскоростного трансивера; а также серию Lattice XP2 и предназначенный для его программирования прикладной пакет ispLEVER [4].

Стоит также отметить отечественного производителя ПЛИС с архитектурой FPGA «Воронежский Завод Полупроводниковых Приборов». Фирма закупила лицензию на производство ПЛИС семейства Flex10K (5576ХС1Т). Логический объем ПЛИС 50 тыс. вентилей [5].

Сравнительная характеристика новейших семейств различных производителей ПЛИС представлена в таблице.

Сравнительная характеристика семейств различных производителей ПЛИС

Одной из основных проблем для разработчиков является оптимальный выбор из предлагаемых вариантов ПЛИС. Крупные фирмы-изготовители такие, как Xilinx, Altera, предоставляют возможность online выбора кристалла по требуемым параметрам посредством экспертной системы, размещенной на официальном сайте фирмы. Недостатком является то, что при выборе не учитывается стоимость кристалла и возможные трудности его заказа в стране разработчика.

Еще одним распространенным способом выбора ПЛИС является использование возможности САПР выполнять автоматический выбор кристалла, необходимого для реализации проекта. При таком способе выбора критериями являются только логический объем кристалла и количество программируемых пользователем выводов, остальные же факторы не учитываются.

Также существует такая тенденция выбора, при которой разработчик выбирает последнюю в серии ПЛИС в рамках предпочитаемого им семейства. Данный выбор не является оптимальным, т.е. маловероятно, что разработчик будет использовать все возможности кристалла.

На текущий момент самым оптимальным методом выбора является комбинированный метод. Сначала производится выбор наиболее подходящей фирмы-производителя ПЛИС (по наличию и надежности российских поставщиков, цене программного обеспечения, предпочтению разработчика). Затем производится выбор семейства ПЛИС (по параметрам быстродействия и логического объема, особенностям и дополнительным возможностям семейства). После чего выполняется разработка схемы проекта в выбранном программном обеспечении. С помощью функции автоматического определения необходимой микросхемы, в САПР производится построение списка допустимых ПЛИС в рамках выбранного семейства. Далее разработчик выбирает необходимый ему кристалл из списка, основываясь на собственном предпочтении.

Из обзора способов выбора можно сделать вывод, что на текущий момент времени не существует оптимального, математически обоснованного метода выбора ПЛИС. При оптимальном выборе необходимо учитывать такие параметры, как логический объем, быстродействие, рабочий диапазон температур, количество программируемых пользователем выводов, наличие мегафункций, стоимость оборудования программирования ПЛИС, наличие и надежность российских поставщиков, цена ПЛИС. Метод должен учитывать также возможность масштабирования проекта. В дальнейшем планируется разработать математически обоснованный метод выбора ПЛИС, учитывающий основные критерии отбора разработчиков.

1. Официальный сайт фирмы «Altera Corporation». - URL: www.altera.com.
2. Официальный сайт фирмы «Xilinx, Inc». - URL: www.xilinx.com.
3. Официальный сайт фирмы «Actel Corporation». - URL: www.actel.com.
4. Официальный сайт фирмы «Lattice Semiconductor». - URL: www.latticesemi.com.
5. Официальный сайт фирмы «ВЗПП». - URL: www.vzpp-s.ru.
6. Стешеко В.Б. Современные алгоритмы ЦОС: пути реализации и перспективы применения. - URL: www.sm.bmstu.ru/sm5/n4/oba/zan1.html.