Программируемые системы на кристалле компании Cypress Semiconductor

Программируемые системы на кристалле представляют относительно новый и развивающийся сектор на рынке электронных компонентов. Разработки в этой области ведет ряд мировых производителей, продукция которых нацелена на интеграцию разных структур на одном чипе. Компания Cypress Semiconductor относится к числу пионеров в производстве программируемых систем на кристалле с апаратными ядрами.

Под программируемой системой на кристалле в общем случае понимается микросхема с интегрированным процессором, памятью, логикой и периферией. При этом окончательная конфигурация программируется пользователем под конкретную задачу.

Компанией Cypress для обозначения таких систем принята аббревиатура PSoC (Programmable System-on-Chip). Класс PSoC можно поделить на подклассы однородных и блочных систем.

В однородных PSoC одни и те же области кристалла при программировании могут быть использованы для реализации разных функций. При этом разработчик сам размещает на кристалле нужные ему блоки, которые называются soft-ядрами. В проектировании таких систем можно использовать единицы интеллектуальной собственности (Intellectual Properties, IP). Однородные PSoC обладают большой гибкостью и универсальностью применения, хотя приобретение IP требует немалых затрат.

В блочных PSoC используются аппаратные или hard-ядра, то есть области кристалла, выделенные под строго определенные функции и выполненные по технологии ASIC. Реализация hard-ядер снижает универсальность, но уменьшает площадь кристалла и значительно повышает производительность системы в целом.

PSoC Cypress в основе своей архитектуры имеют встроенные аппаратные ядра (ЦП, память), а также программируемые аналоговые и цифровые блоки (см.рис.3). Основные характеристики семейства CY8C25/26 приведены в таблице.

PSoC CY8С25/26 имеет восьмиразрядное процессорное ядро M8C гарвардской архитектуры c производительностью 4 MIPS. Максимальная тактовая частота — 24 МГц при напряжении питания 5 В или 12 МГц при 3 В. Среднее время выполнения одной команды — шесть тактовых циклов ЦП.

Флэш-память объемом от 4 до 16 кбайт допускает 100 тыс. циклов перезаписи. Объем ОЗУ 128 или 256 байт.

Рядом расположен массив из 8 цифровых и 12 аналоговых блоков. Используя встроенные средства коммутации, можно с их помощью создавать так называемые модули пользователя (АЦП, ЦАП, ШИМ, фильтры, RND-генераторы, UART и т.д.). Для их построения необходимо использовать блоки соответствующего типа. При этом на модуль расходуется от одного до четырех блоков в зависимости от сложности.

Из 8 цифровых блоков 4 относятся к основному типу (basic) и 4 — к коммуникационному (communication).

Блоки основного типа позволяют реализовать:

• 8-,16-,24-,32-разрядные таймеры;
• 8-,16-,24-,32-разрядные счетчики;
• 8-,16-разрядные ШИМ;
• 8-,16-разрядные ШИМ с мертвой зоной (dead band);
• генераторы псевдослучайных чисел;
• генераторы CRC16.

Блоки коммуникационного типа позволяют полнительно реализовать:

• UART;
• SPI master;
• SPI slave;
• IRDA transmitter;
• IRDA receiver.

Из 12 аналоговых блоков 4 выполнены в схемотехнике с масштабирующими резисторами, а 8 —с переключаемыми конденсаторами [2 ]. Схемы с переключаемыми конденсаторами позволяют более точно задавать значения аналоговых сигналов, а схемы с масштабирующими резисторами имеют лучшие шумовые характеристики. Это предопределяет использование соответствующих аналоговых блоков.

Блоки,выполненные по схеме с масштабирующими резисторами, предназначены для построения усилителей с программируемыми коэффициентами усиления и мультиплексируемыми каналами входов и выходов, дифференциальных усилителей и быстродействующих компараторов. Остальные 8 аналоговых блоков конфигурируются как программируемые фильтры, регистры последовательного приближения, ЦАП, АЦП, и т.п.

Соединяться блоки могут параллельно или последовательно. При параллельных соединениях можно увеличить разрядность АЦП или повысить разрешающую способность таймеров. При последовательном соединении можно организовывать тракты по обработке информации (например: усилитель >фильтр >АЦП).

Все программируемые системы на кристалле фирмы Cypress перепрограммируются в системе (ISP) и поддерживаются интегрированной средой разработки PSoC Designer. Это мощная оболочка, позволяющая выполнить полный комплекс операций с PSoC от описания проекта до проектирования. Библиотека PSoC Designer содержит порядка 50 готовых модулей, которые можно включить в проект как законченные компоненты системы. Для каждого из этих модулей в библиотеке имеется описание.

Бесплатную версию программы можно получить на сайте
www.cypressmicro.com .

Литература

1. www.cypressmicro.com .
2. Р.Грушвицкий, А.Мурсаев, Е.Угрюмов. Проектирование систем на микросхемах программируемой логики. СПб: БХВ-Петербург. 2002.
3. И.Кривченко. Системы на кристалле // Компоненты и технологии. 2001. № 6.
4. В.Стешенко.
   Современные ПЛИС //Компоненты и технологии. 2002. № 6.