Кіріспе

Бағдарламаланатын жартылай өткізгіш құрылғылар

Программируемая матричная логика (ПМЛ) – 1978 жылдың наурыз айында Monolithic Memories, Inc. (MMI) компаниясы ұсынған цифрлық тізбектерде логикалық функцияларды жүзеге асыруға арналған бағдарламаланатын логикалық құрылғылар жартылай өткізгіштерінің отбасы. MMI "Programmable Semiconductor Logic Circuits" термині бойынша тіркелген тауар белгісін алды. Қазіргі уақытта бұл тауар белгісі Lattice Semiconductor компаниясына тиесілі. ПМЛ құрылғылары шағын ПЗЖ (программируемый запоминающий прибор) ядросынан және бірнеше компоненттермен белгілі бір қажетті логикалық функцияларды жүзеге асыруға арналған қосымша шығыс логикасынан тұрады. Арнайы машиналарды пайдалану арқылы ПМЛ құрылғыларын "дала жағдайында бағдарламалауға" болады. ПМЛ бірнеше нұсқада қол жетімді болды: "Бір рет бағдарламаланатын" (OTP) құрылғыларын бастапқы бағдарламалаудан кейін жаңартуға және қайта пайдалануға болмайды. (MMI сондай-ақ HAL немесе "қатты матрицалық логика" деп аталатын ұқсас отбасын ұсынды, олар ПМЛ құрылғыларына ұқсас болды, бірақ олар зауытта маскалық бағдарламалаудан өтті.) Ультракүлгін сәулемен өшірілетін нұсқаларында (мысалы: PALCxxxxx, мысалы: PALC22V10) чиптің кристаллына кварц терезесі орнатылған және оны ультракүлгін сәуле көзімен қайта пайдалану үшін EPROM сияқты өшіруге болады. Кейінгі нұсқалары (PALCExxx, мысалы: PALCE22V10) флэш-жадты өшіру құрылғылары болды. Көптеген қолданбаларда электрлік өшірілетін GAL құрылғылары бір рет бағдарламаланатын ПМЛ құрылғыларының орнына толықтай үйлесімді тікелей алмастыру ретінде қолданылады.

Тарих

PAL-дар енгізілгенге дейін цифрлық логикалық тізбектерді жобалаушылар 7400 сериялы TTL (транзистор-транзисторлық логика) отбасы сияқты кішкентай масштабтағы интеграция (SSI) компоненттерін пайдаланатын; 7400 отбасы логикалық құрылыс блоктарының әртүрлі түрлерін қамтыды, мысалы, қақпалар (NOT, NAND, NOR, AND, OR), мультиплексорлар (MUX) және демультиплексорлар (DEMUX), триггерлер (D типі, JK және т.б.) және басқалары. Бір PAL құрылғысы әдетте ондаған мұндай «дискретті» логикалық жиынтықтарды алмастыратын, сондықтан PAL бизнесі дамығанда SSI бизнесі төмендеді. Трейси Киддердің «Жаңа машинаның жаны» атты бестселлер кітабында сипатталғандай, PAL-дар мини-компьютерлер сияқты көптеген өнімдерде тиімді қолданылды. PAL-дар алғашқы коммерциялық бағдарламаланатын логикалық құрылғылар емес еді; Signetics 1975 жылдан бері өзінің өріс бағдарламаланатын логикалық массивін (FPLA) сата бастады. Бұл құрылғылар көптеген тізбек жобалаушыларға белгісіз болды және оларды пайдалану қиын деп есептелді. FPLA салыстырмалы түрде төмен ең жоғары жұмыс жылдамдығына ие болды (бағдарламаланатын AND және бағдарламаланатын OR массивтері болғандықтан), қымбатқа түсті және сынау бойынша нашар репутацияға ие болды. FPLA-ны қабылдауды шектеген тағы бір фактор – үлкен корпус, 600 мил (0,6 дюйм немесе 15,24 мм) ені бар 28 контактілі екі қатарлы корпус (DIP). PAL құрылғысын жасау жобасын Джон Биркнер басқарды, ал PAL тізбегін H. T. Chua жобалады. Бұрынғы жұмысында (мини-компьютер өндірушісі Computer Automation) Биркнер 80 стандартты логикалық құрылғыны пайдалана отырып, 16 биттік процессорды әзірледі. Стандартты логикамен жұмыс істеген тәжірибесі оны пайдаланушы бағдарламалайтын құрылғылар стандартты логиканы алмастыруға арналған болса, олардың тартымдырақ болатынына сендірді. Бұл пакет өлшемдері қолданыстағы құрылғыларға сәйкес келуі керек және жылдамдық жақсарту қажет екенін білдірді. MMI PAL-ды салыстырмалы түрде төмен құнмен (3 доллардан кем) бөлік ретінде қарастырды. Алайда, бастапқыда компания өндіріс шығымымен күресіп, құрылғыларды 50 доллардан астам бағаға сатуға мәжбүр болды. Бұл PAL-дың коммерциялық өнім ретінде өміршеңдігіне қауіп төндірді және MMI өнім желісін National Semiconductor компаниясына лицензиялауға мәжбүр болды. Кейінірек PAL-ды Texas Instruments және Advanced Micro Devices компаниялары «екінші көз» ретінде шығарды.

Өңдеу технологиялары

Алғашқы PAL-дар кремнийден жасалған, біполярлы транзистор технологиясын қолданатын және бір рет бағдарламаланатын (OTP) титан-вольфрамдық сақтандырғыш арқылы бағдарламаланатын 20 қосқышты DIP компоненттері болды. Кейінірек, Cypress, Lattice Semiconductor және Advanced Micro Devices компаниялары CMOS технологиясын пайдаланып оларды өндірді. Алғашқы 20 және 24 қосқышты PAL-дар MMI тарапынан орта масштабты интеграция (MSI) құрылғылары деп белгіленді.

PAL архитектурасы

PAL архитектурасы екі негізгі компоненттен тұрады: логикалық жазықтық және шығыс логикасы макроэлементтері.

Бағдарламаланатын логикалық жазықтық

Бағдарламаланатын логикалық жазықтық – бұл құрылғы тіректеріндегі сигналдарды немесе олардың логикалық инверсияларын шығару логикалық макроклеткаларына бағыттауға мүмкіндік беретін бағдарламаланатын тек қана оқу жады (PROM) массиві. PAL құрылғыларында "бекітілген ИЛИ, бағдарламаланатын ЖӘНЕ" жазықтығында орналасқан транзисторлық жасушалар массиві бар, ол кірістер мен шығыстардан синхронды немесе асинхронды кері байланыс арқылы әрбір шығыс үшін "көбейтінділердің қосындысы" екілік логикалық теңдеулерін жүзеге асыруға қолданылады.

Шығу логикасы

Алғашқы 20 контактілі PAL-дарда 10 кіріс және 8 шығыс болды. Шығыстар белсенділігі төмен болды және тіркелген немесе комбинациялық болуы мүмкін. PAL отбасының мүшелері "шығыс логикалық макрожасушалар" немесе OLMC деп аталатын әртүрлі шығыс құрылымдарымен қолжетімді болды. "V" ("өзгермелі") сериясын енгізуге дейін әр PAL-да қолжетімді OLMC түрлері өндіріс кезінде бекітілді. (PAL16L8 8 комбинациялық шығысқа, ал PAL16R8 8 тіркелген шығысқа ие болды. PAL16R6 6 тіркелген және 2 комбинациялық шығысқа ие болды, ал PAL16R4 әрқайсысының 4-і болды.) Әрбір шығысқа 8 өнім терминіне дейін бөлінуі мүмкін (іс жүзінде ЖӘНЕ қақпалары), бірақ комбинациялық шығыстар екі бағытты шығыс буферін басқару үшін бір терминді пайдаланды. Сондай-ақ, осы PAL-дың ұқсас 24 контактілі нұсқалары болды. Бұл бекітілген шығыс құрылымы PAL құрылғыларының тиімділігін оңтайландыруға тырысқан дизайнерлерді көбінесе көңілсіздікке түсірді, өйткені олардың қолданбаларына әртүрлі типтегі шығыс құрылымдары қажет болды. (Мысалы, 3 белсенді жоғары комбинациялық шығыстармен 5 тіркелген шығыс алу мүмкін емес еді.) Сондықтан, 1983 жылдың маусымында AMD 22V10-ды ұсынды, ол 10 логикалық макрожасушасы бар 24 контактілі құрылғы. Әрбір макрожасушаны пайдаланушы комбинациялық немесе тіркелген, белсенді жоғары немесе белсенді төмен деп конфигурациялай алады. Бір шығысқа бөлінген өнім терминдерінің саны 8-ден 16-ға дейін өзгеруі мүмкін. Бұл бір құрылғы 24 контактілі бекітілген функциялы PAL құрылғыларының барлығын алмастыра алады. PAL "V" ("өзгермелі") сериясының мүшелеріне PAL16V8, PAL20V8 және PAL22V10 кірді.

PAL бағдарламалау

PAL-дер екілік үлгілер (JEDEC ASCII / ондықтан асық сандар түріндегі файлдар) арқылы және өндірушіден немесе DATA I/O сияқты үшінші тараптан қолжетімді арнайы электрондық бағдарламалау жүйесін пайдалана отырып электрлік түрде бағдарламаланды. Жеке құрылғы бағдарламалаушыларға қоса, көптеген PAL-дерді бағдарламалау қажет болғанда құрылғыларды беруге арналған механизмдер және топтық бағдарламалаушылар жиі қолданылды. (Көп мөлшерде өндіру кезінде металл маска жасау арқылы электрлік бағдарламалау шығындарын жоюға болады; MMI мұндай бағдарламаланған құрылғыларды "қатаң логикалық тізбек" (HAL) деп атады.)

Бағдарламалау тілдері (көрініс берудің хронологиялық тәртібі бойынша)

Кейбір инженерлер PAL құрылғыларын бинарлық фиуттер үлгісін қамтитын файлдарды қолмен өңдеу арқылы бағдарламалағанмен, көпшілігі логиканы аппараттық сипаттама тілі (HDL) арқылы жобалауды таңдады, мысалы, Data I/O-ның ABEL, Logical Devices-тің CUPL немесе MMI-дың PALASM. Бұл компьютерлік көмекпен жобалау (CAD) (қазір "электрондық жобалауды автоматтандыру" деп аталады) бағдарламалары болатын, олар дизайнерлердің логикалық теңдеулерін әрбір құрылғыны бағдарламалау (және көбінесе сынау) үшін қолданылатын бинарлық фиут картасы файлдарына аударатын (немесе "компиляциялайтын") еді.

PALASM

PALASM (PAL assembler) тілін Джон Биркнер 1980 жылдардың басында жасады, ал PALASM компиляторын MMI компаниясы IBM 370/168 компьютерінде FORTRAN IV тілінде жазды. MMI бастапқы кодты пайдаланушыларға ақысыз қолжетімді етіп берді. 1983 жылға қарай MMI клиенттері DEC PDP 11, Data General NOVA, Hewlett Packard HP 2100, MDS800 және тағы да басқаларында осы нұсқаларды іске қосты. Ол шығыс тіректері үшін логикалық теңдеулерді мәтіндік файлда көрсету үшін қолданылды, содан кейін сатушы ұсынған бағдарлама арқылы бағдарламалау жүйесі үшін 'физикалық карта' файлына түрлендірілді; кейін схемалардан аударма жасау мүмкіндігі пайда болды, ал одан кейін Verilog сияқты жабдық сипаттау тілінен (HDL) 'физикалық карталар' жасау мүмкіндігі туды.

КУПЛ

1983 жылдың қыркүйегінде Assisted Technology CUPL (Universal Programmable Logic үшін компиляторы) бағдарламасын шығарды. Бұл бағдарламалық жасақтама әрқашан CUPL деп аталатын, ал толық аты ешқашан қолданылмады. CUPL – бірнеше PLD отбасыларын қолдаған алғашқы коммерциялық жобалау құралы. Бастапқы нұсқасы IBM PC және MS DOS үшін жасалған, бірақ C бағдарламалау тілінде жазылғандықтан, оны басқа платформаларға көшіруге болады. 1985 жылдың шілдесінде Assisted Technology компаниясын Personal CAD Systems (P CAD) сатып алды. 1986 жылы PCAD компаниясының схемалық сызу құралы CUPL үшін интерфейс ретінде пайдаланылуы мүмкін болды. Кейіннен CUPL бағдарламасын Logical Devices сатып алды, ал қазір ол Altium компаниясына тиесілі. CUPL қазір Microsoft Windows жүйесі үшін интеграцияланған даму ортасы ретінде қолжетімді. Atmel компаниясы барлық Atmel SPLD және CPLD микросхемалары үшін WinCUPL (өз жобалау бағдарламасын) тегін ұсынады. Atmel компаниясы 2016 жылы Microchip компаниясымен сатып алынды.

АБЕЛ

Data I/O Corporation 1984 жылдың сәуірінде ABEL-ді шығарды. Даму тобы Майкл Холли, Майк Мраз, Геррит Баррере, Уолтер Брайт, Бьорн Фримен Бенсон, Кью Ли, Дэвид Пелерен, Мэри Бейли, Дэниел Бёрриер және Чарльз Оливье болды. Data I/O ABEL өнімдерін Synario Design Systems деп аталатын электрондық дизайнды автоматтандыру компаниясына бөліп шығарды, содан кейін 1997 жылы Synario-ны MINC Inc-ке сатты. MINC FPGA әзірлеу құралдарын жасауға бағытталған. Компания 1998 жылы жұмысын тоқтатты, ал Xilinx MINC-тің ABEL тілі мен құралдар жиынтығын қоса, бірқатар активтерін сатып алды. Содан кейін ABEL Xilinx Webpack құралдар жиынтығының құрамына кірді. Қазіргі таңда Xilinx ABEL-ге құқығын иеленеді.

Құрылғы бағдарламашылары

Популярлы құрылғы бағдарламалаушыларына Data I/O Corporation-ның Model 60A логикалық бағдарламалаушысы және Model 2900 кірді. PAL бағдарламалаушыларының алғашқыларының бірі Structured Design компаниясының SD20/24 болды. Олардың PALASM бағдарламалық жасақтамасы орнатылған, сондықтан теңдеулерді енгізу және фиузерлік схемаларды қарау үшін CRT терминалы ғана қажет болды. Фиузерленгеннен кейін, бастапқы файлға сынақ векторлары енгізілсе, PAL шығыстарын тексеруге болады.

Орынбасарлар

1978 жылы 20 қондырғылы PAL бөліктерімен MMI табысқа жеткеннен кейін, AMD қосымша мүмкіндіктері бар 24 қондырғылы 22V10 PAL-ды ұсынды. MMI-ді сатып алғаннан кейін (шамамен 1987 жылы), AMD Vantis деп аталатын біріктірілген операцияны бөліп шығарды, ал бұл бизнес 1999 жылы Lattice Semiconductor компаниясымен сатып алынды. Altera 1983 жылы EP300 (алғашқы CMOS PAL) енгізді, кейіннен FPGA бизнесіне көшті. Lattice Semiconductor 1985 жылы EEPROM (электрлік жоюға болатын бағдарламаланатын тек қана оқу жады) технологиясын қолданатын, қайта бағдарламаланатын логикалық жазықтықтары бар "V" сериялы PAL-дың функционалдық эквиваленттерінен тұратын жалпы массивтік логикалық (GAL) отбасын ұсынды. National Semiconductor GAL бөліктерінің екінші көзі болды. AMD PALCE деп аталатын ұқсас отбасын енгізді. Жалпы алғанда, бір GAL бөлігі ұқсас отбасы PAL құрылғыларының кез келгенінің орнында жұмыс істей алады. Мысалы, 16V8 GAL, 16L8, 16H8, 16H6, 16H4, 16H2 және 16R8 PAL (сондай-ақ көптеген басқалары) құрылғыларын алмастыра алады. 1986 жылы ICT (International CMOS Technology) PEEL 18CV8 енгізді. 20 қондырғылы CMOS EEPROM бөлігі тіркелген шығыс биполярлы PAL-дардың орнына қолданылуы мүмкін және әлдеқайда аз қуатты тұтынады. Ірі масштабты бағдарламаланатын логикалық құрылғыларды Atmel, Lattice Semiconductor және басқалар енгізді. Бұл құрылғылар PAL архитектурасын бірнеше логикалық жазықтықтарды қосу және/немесе логикалық жазықтықтардың ішінде логикалық макроклеткаларды орналастыру арқылы кеңейтті. Бұл құрылғыларды олардың PAL және GAL алдыңғы нұсқаларынан ажырату үшін күрделі бағдарламаланатын логикалық құрылғы (CPLD) термині енгізілді, олар кейде қарапайым бағдарламаланатын логикалық құрылғылар (SPLD) деп аталды. Тағы бір ірі бағдарламаланатын логикалық құрылғы – бұл бағдарламаланатын қақпалар массиві (FPGA). Бұл құрылғыларды қазіргі уақытта Intel (Altera компаниясын сатып алған) және Xilinx (AMD компаниясы сатып алған) және басқа жартылай өткізгіш өндірушілер шығарады.