بررسی فناوری CPLD؛ دریچه ای نوین به سوی منطق دیجیتال سفارشی

CPLD چیست؟

CPLD (Complex Programmable Logic Device)

یا دستگاه منطقی قابل برنامه ریزی پیچیده، یک دستگاه منطق دیجیتال انعطاف پذیر است که برای اجرای انواع توابع منطقی سفارشی استفاده می شود. این قطعه شامل یک سری از بلوک های منطقی قابل برنامه ریزی است که می توانند به هم متصل شوند و برای انجام عملیات منطقی خاص، پیکربندی شوند. CPLD ها حاوی عناصر منطقی ترکیبی و رجیسترهایی هستند که می توانند برای ایجاد تابع منطقی مورد نظر برنامه ریزی شوند. ارتباط بین این بلوک های منطقی از طریق منابع مسیریابی قابل برنامه ریزی، برقرار می شود. متخصصین مجموعه آی سی پارس، در این مقاله به تشریح عملکرد و ویژگی های CPLD ها پرداخته و در انتها تفاوت این قطعات با FPGA ها را مورد بررسی قرار داده اند.

دستگاه منطقی قابل برنامه ریزی پیچیده ها چگونه کار می کنند؟

ایده اصلی CPLD پیاده سازی توابع منطق دیجیتال از طریق برنامه نویسی است. طراح از زبان توصیف سخت افزاری (مانند VHDL یا Verilog) برای توصیف توابع منطقی مورد نظر استفاده می کند. سپس یک کامپایلر، این توضیحات را به جریان بیت مربوط به پیکربندی CPLD ، ترجمه می کند. هنگامی که CPLD برنامه ریزی شد، می تواند عملیات منطقی مورد نظر را انجام دهد.

با وجود این CPLDها معمولاً از چندین بلوک منطقی قابل برنامه ریزی تشکیل شده اند که می توانند در صورت نیاز برای توابع منطقی مختلف طراحی شوند. علاوه بر این، CPLD ها شامل منابع اتصال قابل برنامه ریزی برای پیوند دادن بلوک های منطقی به یکدیگر به منظور تحقق عملیات های پیچیده منطقی هستند.

حوزه های کاربردی CPLD ها

• توابع منطقی سفارشی: طراحان می توانند از CPLD برای پیاده سازی طیف گسترده ای از توابع منطقی سفارشی بدون نیاز به اجزای گسسته منطق سنتی استفاده کنند.
• نمونه سازی الکترونیکی: CPLD اغلب برای نمونه سازی سریع استفاده می شود که به طراحان اجازه می دهد تا طرح های منطقی خود را قبل از پیاده سازی سخت افزاری، آزمایش و تأیید کنند.
• انطباق رابط: در سیستم های دیجیتال، CPLD ها می توانند به عنوان "منطق چسب" برای تطبیق رابط های بین اجزای مختلف یا برای تطبیق سیگنال ها در صورتی که سطوح یا زمان بندی متفاوتی داشته باشند، استفاده شوند.
• سیستم های کنترل: CPLD ها را می توان برای کنترل انواع سیستم ها مانند اتوماسیون صنعتی، رباتیک و سایر برنامه های کنترل تعبیه شده، استفاده کرد.
• پردازش سیگنال: CPLD ها را می توان به طور موثر برای وظایف پردازش خاص سیگنال، که نیاز به پردازش لحظه ای دارند، استفاده کرد.
• تست و اندازه گیری: CPLD ها را می توان برای اجرای زمان بندی و کنترل، در تجهیزات تست و اندازه گیری استفاده کرد.

شایان ذکر است که CPLD ها معمولاً برای طرح های منطقی ساده تا نسبتاً پیچیده مناسب هستند. برای طراحی‌های پیچیده‌تر، دستگاه‌های FPGA  (آرایه دروازه‌ای با قابلیت برنامه‌ریزی میدانی) اغلب ترجیح داده می‌شوند، زیرا منابع و انعطاف‌پذیری گسترده‌تری را ارائه می‌دهند.

در این صورت FPGAها با استفاده از زبان های توصیف سخت افزار HDLمانند VHDL یا Verilog ، برنامه ریزی می شوند. پیکربندی آنها را می توان بارها، تغییر داد و به همین علت، این قطعات، امکان برنامه ریزی مجدد و تکرار طراحی را فراهم می کنند. این در حالیست که برخلاف FPGA، CPLD ها معماری ثابتی دارند، به این معنی که منابع و اتصالات موجود توسط خود دستگاه از پیش تعیین شده است.

قطعات الکترونیک مورد نیاز خود را از ما بخواهید

مقایسه کلی CPLD و FPGA

• در نهایت CPLDها معمولا ظرفیت منطقی پایینی دارند. آنها برای طرح هایی که به منابع منطقی متوسطی نیاز دارند، زمان بندی در آنها اهمیت کمتری دارد ، مناسب تر هستند. این قطعات برای برنامه های نسبتا کند بهینه شده اند. CPLD ها معمولاً برای منطق چسب، عملکردهای کنترلی ساده و طرح های کوچکتر استفاده می شوند.
• و نکته آخر FPGAها ظرفیت منطقی بیشتری دارند که به آنها اجازه می دهد تا طیف وسیع تری از طرح های پیچیده تر را مدیریت کنند. FPGA ها برای رسیدگی به برنامه های کاربردی با سرعت بالاتر طراحی شده اند و می توانند عملکرد بهتری از نظر سرعت و پردازش سیگنال ارائه دهند. این قطعات انعطاف پذیری بیشتری را ارائه داده و می توانند چندین بار پیکربندی شوند که آنها را برای برنامه هایی که نیاز به تغییرات مکرر یا به روز رسانی در طراحی منطقی دارند مناسب می کند. FPGA ها در طیف گسترده ای از برنامه ها، از جمله پردازش سیگنال دیجیتال، رابط های ارتباطی پرسرعت، سیستم های کنترل پیچیده و سایر برنامه ها استفاده می شوند.