СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №3/2013

поскольку характеристики современ ных FPGA во многом определяются ап паратными ядрами. На рисунке 3 пока зана структура блока DSP48E1A, разме щённого в FPGA серии 7. В этомблоке имеется не только аппа ратныйумножитель, нои48 разрядный аккумулятор с функциями АЛУ, набор регистров и мультиплексоров и специ альныймодуль «предварительный сум матор». Дополнительные компоненты упрощают построение многих узлов цифровой обработки сигналов, таких как КИХ и БИХ фильтры, ядра БПФ, модулиработыс комплексной арифме тикой и т.д. Предварительный сумма тор позволяет обрабатывать в одном DSP48E1A два отвода КИХ фильтра с симметричными коэффициентами. Та кимобразом, разработка эффективных систем цифровой обработки сигналов в определённой степени зависит от квалификацииинженера, которыйдол женне толькопредставлять аппаратные возможности применяемой элемент ной базы, но и в полной мере владеть средствами проектирования ПЛИС. С ФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ В настоящее время микросхемы FPGA применяются в ряде областей, в каждой из которых востребован опре делённый набор их свойств: ● Проводные коммуникации. Тради ционным заказчиком FPGA Xilinx яв ляется компания Cisco. По данным за 2011 г., примерно 50% продукции Xilinx (в стоимостном выражении) было приобретено именно Cisco. Ключевой особенностью FPGA се рии 7, привлекательной для постро ения проводных коммуникаций, яв ляются аппаратные высокоскорост ные приёмопередатчики (до 96 в Virtex 7) с суммарной пропускной способностью до 2,7 Тбайт/с. Это позволяет обеспечить очень высо кую плотность компоновки микро схем для магистрального оборудова ния волоконно оптической связи следующего поколения; ● Беспроводные коммуникации. Боль шое число блоков DSP48 позволя ет реализовывать базовые станции «программного» радио (Software Defined Radio). Возможность пере программирования FPGA делает возможной смену конфигурации цифровой части системы в процес се эксплуатации, с реализацией но вых протоколов передачи без заме ны аппаратной части. Микросхемы FPGA достаточно дороги для або нентского оборудования беспро водных сетей, однако получают всё большее распространение в качест ве аппаратной платформы базовых станций. Например, существует од нокристальное решение для базо вой станции LTE на основе ПЛИС Virtex 6; ● Автомобильная электроника. В авто мобильных системах микросхемы FPGA используются в основном в ка честве многоканальных устройств мультимедиа, а также в системах класса Driver Assistant, которые не призваны заменить водителя, однако за счёт анализа изображения с внеш них видеокамер в реальном време ни способны обнаруживать и рас познавать дорожные знаки, быст ро приближающиеся объекты, пре пятствия и т.п. Для таких задач требу ется большая производительность подсистемы цифровой обработки сигналов, которая обеспечивается независимыми блоками DSP48; ● ISM (Industrial/Scientific/Medical) – системы обработки данных и управ ления в промышленности, науке и медицине, для которых нехарактер на оптимизация электронного обо рудования по стоимости. Небольшие партии изделий и изменяющиеся требования в процессе разработки делают предпочтительным приме нение элементной базы, которая обеспечивает запас ресурсов, про длевающих жизненный цикл из делия. Здесь стоимость прочего оборудования может существенно превышать стоимость ПЛИС, и ес тественным стремлением разра ботчика является применение на иболее мощной аппаратной плат формы из доступных; ● Потребительская электроника. Не смотря на достаточно высокую сте пень унификации задач, решаемых в потребительской электронике, и большие тиражи изделий (что даёт возможность использовать более де шёвые ASIC/ASSP), ПЛИС находят применение в устройствах класса hi end, например в профессиональ ных видеокамерах, плоскопанель ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2013 Таблица 2. Состав семейства Zynq 7000 ПЛИС Z 7010 Z 7020 Z 7030 Z 7045 Количество программируемых логических ячеек (вентилей ASIC) 28 K (430 K) 85 K (1,3 M) 125 K (1,9 M) 350 K (3,5 M) Количество блоков памяти (по 36 Кб) 60 140 265 545 Количество секций ЦОС (18 × 25 MACC) 80 220 400 900 Пиковая производительность ЦОС для КИХ с симметричными отводами, GMAC/с 100 276 593 1334 Количество блоков PCI Express – – Gen2 x4 Gen2 x8 АЦП 2 × 12 бит, 1 Мвыборок/с, 17 дифф. входов Шифрование AES и SHA, 256 бит Количество блоков ввода'вывода 3,3/1,8 В 100/– 195/– 100/150 200/150 Количество высокоскоростных приёмопередатчиков – – 4 12 Двойной регистр В 18 Двойные регистры A, D и пред- сумматор 18 B B C BCOUT ACOUT BCIN ACIN INMODE OpMode A 18 30 18 30 25 18 48 A:B 25 X 18 + – M X Y Z Carry 6 4 68 0 0 0 1 43 43 >>17 >>17 30 30 25 48 5 7 CARRY CASCOUT MULT SIGOUT PCOUT CARRY OUT P PATTERN_ DETECT CarryInSel 3 ALUMode 4 C’ 48 PATTERN CarryIn CARRY CASIN PCIN MULT SIGIN P 48 P 2 C C’ P Рис. 3. Блок ЦОС DSP48E1A