Programmable Logic and SoftwareChapter 26

Subject : Digital SystemYear : 2009

Overview• CPLD• FPGA

The CPLD• Complex programmable logic device (CPLD) terdiri dari

array dari SPLD dengan programmable interconnection, pada umumnya SPLD pada CPLD disebut dengan sebuah logic array block (LAB). Terkadang juga disebut dengan istilah function block, logic blok, atau generic block.

• Interconnection antar SPLD disebut dengan programmable interconnect array (PIA)

• CPLD beredar dalam banyak macam mulai dari jumlah macrocell sampai kepada bermacam-macam konsumsi daya yang digunakan.

The CPLD

• Block diagram dari CPLD generic

Altera CPLD• Architecture dari sebuah CPLD adalah cara

dari element yang terdapat pada CPLD diatur.• Aristektur dari MAX7000 Altera mempunyai

arsitektur yang sama dengan GAL/PAL, yang memakai fungsi standar SOP.

• MAX7000 memakai teknologi EEPROM dalam fuse nya dan mengimplementasikan JTAG dalam In-system programmablenya (ISP).

Altera CPLD• Basic block diagram dari Altera MAX7000 CLPD

Xilinx CPLD• Xilinx, sama seperti Altera dalam pembuatan CPLD

nya, membuat CPLD dalam berbagai ukuran dan densitas logic

• Xilinx dalam arsitektur CoolRunner II nya membuat struktur programmable logic array (PLA) bukan PAL.

• Berbeda dengan PAL yang hanya mempunyai matrix gerbang AND yang diprogram PLA memakai sistem gerbang AND dan OR yang dikonfigurasi secara matrix.

• Perbedaan lainnya dengan Altera adalah xilinx menggunakan Function Block (FB) dalam CPLDnya bukan LAB seperti yang digunakan oleh Altera.

Xilinx CPLD

• Perbedaan antara PAL dan PLA

Programmable Logic: FPGA• Arsitektur klasik CPLD masih menggunakan logic

block dari GAL/PAL dengan menggunakan programmable interconnection.

• Secara arsitektur field-programmable logic array (FPGA) memakai konsep yang sama sekali berbeda yaitu configurable logic block (CLB) dan programmable interconnectionnya diatur menurut baris dan kolom.

Programmable Logic: FPGA• 3 elemen utama dari sebuah FPGA adalah CLB, matrix

interkoneksi, dan I/O block. • CLB dalam suatu FPGA tidak sekompleks LAB atau FB dalam

CPLD, akan tetapi jumlahnya lebih banyak dari CPLD.• Jika arsitektur CLB dalam suatu FPGA sederhana maka FPGA

tersebut disebut dengan fine grained, sedangkan yang lebih kompleks disebut dengan coarse grained.

• I/O block dari sebuah FPGA dapat dikonfigurasi secara bit untuk interface input, output, atau keduanya.

• Interkoneksi matrix nya menyediakan hubungan koneksi antar CLB atau bahkan dengan I/O secara individual.

• Suatu FPGA dapat mempunyai minimal 180K gerbang.

FPGA CLB• Fungsi CLB pada FPGA sama seperti fungsi

macrocell dalam CPLD.• Setiap CLB terbuat dari fungsi logic yang lebih kecil

dan matrik interkoneksi lokal yang digunakan untuk menghubungkan modul logic tersebut didalam CLB.

• Selain CLB FPGA juga mempunyai logic module yang dikonfigurasikan untuk rangkaian kombinasional, register atau gabungan keduanya. Logic module pada FPGA disebut dengan LUT (look-up table) yang digunakan untuk mengenerate fungsi SOP. LUT melakukan fungsi yang sama dengan PAL atau PLA.

FPGA CLB

• Struktur dasar dari sebuah FPGA

Struktur dasar dari CLB

FPGA CLB• Struktur dasar dari sebuah Logic block

Hasil LUT yang telah diprogram untuk persamaan SOP tertentu

FPGA • FPGA bersifat volatile, karena dibuat dari

teknologi antifuse dan berdasarkan teknologi SRAM, karena itu pada umumnya FPGA memakai ROM untuk menyimpan konfigurasi file yang digunakan untuk rangkaian digitalnya.

• Pada umumnya ROM yang dipakai bergantung kepada user ataupun disediakan dalam bentuk board yang sudah jadi.

FPGA• FPGA mempunyai 2 bagian utama yaitu:

– Soft-core : bagian yang disebut “blank state” dimana user dapat memprogram logic apapun kedalam FPGA.

– Hard-core : bagian yang telah diprogram dari manufacturer yang dipakai untuk membantu programmer, bagian ini tidak dapat diubah oleh user. Pada umumnya hard-core ini mempunyai fungsi dasar sebuah microcontroller atau microprosessor.

• Keuntungan dari hard-core adalah sebuah fungsi dapat diimplementasikan dengan jumlah resource yang lebih sedikit. Sehingga pemakaian gerbang dapat dihemat. Dan fungsi-fungsi dari hard-core telah di tes oleh perusahaan pembuat FPGA.

• Kerugian utama dari hard-core adalah fungsi ini tidak dapat diubah oleh user dan user harus memakai modul sebagaimana adanya.

ALTERA FPGA• Arsitektur dari FPGA altera mirip dengan

arsitektur klasik FPGA.• Struktur LUT dari altera dinamakan adaptive logic

module (ALM) yang menghasilkan fungsi sum-of-product.

• Mode operasi dari ALM altera :– Normal mode– Extended LUT– Arithmetic mode– Shared aritmetic mode

XILINX FPGA

• Xilinx mempunyai 2 keluarga FPGA yaitu spartan dan Virtex, keduanya mempunyai arsitektur yang berbeda .

• Virtex mempunyai modul hard-core yaitu memory, processor, tranceiver

• Kebanyakan keluarga FPGA xilinx memiliki arsitektur klasik FPGA, kecuali virtex II pro X, yang memiliki Application Spesific Modular Block (ASMBL) yang mempunyai konfigurasi 1 miliar transistor dalam 1 device

The difference• Arsitektur FPGA tradisional mempunyai arsitektur seperti array

yang terhubung dengan I/O, jumlah dari CLB dalam FPGA bergantung kepada jumlah I/O yang ditempatkan secara fisik pada FPGA.

• Ketika suatu IP core yang kompleks diimplementasikan maka jumlah I/O akan makin besar yang mengakibatkan jumlah I/O meningkat dan biaya bertambah

• Pada arsitektur ASMBL arsitektur nya lebih didasarkan kepada kolom, dan I/O diletakkan secara bersinggungan, bukan pada sekitar CLB sehingga ketika kompleksitas perancangan bertambah besar dan jumlah I/O tidak bertambah.

• Setiap bagian dari ASMBL dapat diletakkan pada bagian manapun tanpa mengubah layout dasar I/O chip sehingga biaya dapat dikurangi secara signifikan.

Programmable Logic software

• Suatu proses pemrograman dari FPGA sering disebut dengan design flow. Dan target dari pemrograman disebut dengan target device

Programmable Logic software

• Tahap-tahap pembuatan logic dalam rangkaian FPGA:– Design Entry– Simulasi functional– Synthesis– Implementation– Timing simulation– Device programming