Мультиплексорный блок камаз mux2 замена на mux4
Обновлено: 24.04.2024
Мультиплексорный блок камаз mux2 замена на mux4
MUX: Мультиплексор
Описание функции
Эта функция передает значение соответствующего входа на выход в зависимости от значения на входе K.
Количество входов может быть увеличено
EN и ENO могут быть сконфигурированы как дополнительные параметры.
Обычно мультиплексор используют в том случае, если имеются множество индикаторов.
Предположим, что у нас имеются тактовый импульс счетчика, при этом необходимо либо переключить или остановить конвейер, либо какой-то иной процесс, не важно.
Смысл в следующем, создадим мультиплексор, как показано ниже на рисунке:
Причем все переменные типа INT – целочисленные. К мультиплексору создадим счетчик.
На выходе счетчика параметра CV создадим переменную - out2, эта переменная и будет ключевой составляющей нашей программы.
За сравнение будем использовать функцию GT – больше и функцию BOOL_TO_INT для перехода с булевой составляющей в целочисленную.
Общий вид программы. Последняя функция сложение ADD предназначена для сложения переменной Sel параметра K.
После запуска программы в среде Unity программой заранее зададим значения, которые должны определить.
Я выбрал для примера 10, 20 и 30, причем на выходе установилось значение 10, потому, что нулевое значение sel = 0, которая присвоило IN0 =10.
Далее принудительно заставим работать наш счетчик.
Доводим значение параметра CV до 11, потому что у нас стоит функция GT и мы заранее определили параметр 10.
На этом все удачи вам!
Предохранители и реле на а/м с двигателями класса Евро-5 и Евро-6
Общая схема электрических систем электрооборудования КамАЗ 5490.
Электрическая схема и схема электропроводки КАМАЗ 5490:
Схема предохранителей КамАЗ 5490 НЕО и ее компонентов:
Блок реле предохранителей КАМАЗ 5490, 65206 65207
Электрическая схема запуска двигателя
Пусковая установка предназначена для запуска двигателя и обеспечения его стабильной работы в рабочем режиме.
Схема пуска двигателя Камаз
Система запуска состоит из следующих элементов:
- стартер типа СТ-142Б;
- реле стартера;
- выключатель стартера и приборов;
- реле блокировки;
- дублирующий выключатель стартера;
- розетка внешнего пуска.
Стартер СТ-142Б автомобиля КамАЗ
Стартер СТ-142Б — устройство
Стартером является электрический двигатель постоянного тока. Устройство служит для преобразования электрической энергии от источника тока в механическую энергию вращения коленчатого вала.
Устройство выполнено в герметичном корпусе и обладает последовательным возбуждением. Агрегат оснащен электромагнитным реле. С помощью электромагнитного реле шестерня стартера входит в зацепление с венцом маховика. Запуск и работа стартера сопровождается миганием контрольной лампы.
Первым приводом электродвигателя является храповый механизм. Храповик обладает свободным ходом. Вторым приводом служит масса двигателя.
Номинальное напряжение стартера типа СТ-1425 составляет 24 В. Номинальная мощность не превышает 7,7 кВт. Передаточное число установки «двигатель-стартер» имеет показатель 11,3.
Генератор автомобиля КамАЗ
Генератор представляет собой агрегат для преобразования механической энергии вращения коленчатого вала в электричество.
Генератор состоит из неподвижной части – статора и вращающегося элемента – ротора. Статор состоит из набора металлических пластин с обмотками из меди. Медные обмотки сдвинуты на 120° относительно друг друга.
Ротор имеет вид стального вала с рифлёной поверхностью. На вал запрессованы два магнитопровода. Между ними установлена медная обмотка возбуждения.
При подаче электроэнергии от источника питания в обмотках генератора возникают магнитные потоки. Каждый поток имеет противоположное направление. Пересечение разнонаправленных потоков приводит к образованию электроэнергии. Через щеточные выводы образуемая электроэнергия поступает к потребителям.
Электрическая схема грузового автомобиля КамАЗ имеет сложную конструкцию. Она состоит из многочисленных реле, датчиков, выключателей и контрольных ламп. Знание базовых принципов работы каждого элемента является обязанностью каждого водителя транспортного средства.
Видео по теме: Проводка на КАМАЗе
Публикации по теме
Способы усовершенствования компрессора из старого холодильника своими руками
Сборка компрессора для аэрографа своими руками
Что делать, если пила Штиль 180 не заводится – поиск причины
Блок коммутации CAN A и компоненты электрической схемы КАМАЗ 5490.
Схема блока управления двигателем MR2 и систем диагностики.
Схема компонентов электрической системы ACR — блок управления нейтрализацией.
Электронная схема адаптационного модуля автомобильных функций КАМАЗ 5490:
Световые индикаторы и звуковая сигнализация
Мигающая индикация указателей обеспечивается аварийным реле-прерывателем. Функции реле дублируются контрольной лампой на выключателе блока аварийной сигнализации.
Указатели поворотов транспорта включают и отключают комбинированным переключателем. Устройство работает при разблокированном положении выключателя приборов. Работу всего механизма оценивают по показаниям соответствующих датчиков.
Обозначение ламп контрольных приборов КамАЗ
Световая индикация тормозной системы активизируется при замедлении и полном прекращении движения транспорта. Срабатывание сигнала торможения происходит за счет замыкания пневмоэлектрического датчика.
Посредством промежуточного пускового реле включаются задние стопорные фонари. Сигнал о включении световой оповестительной сигнализации проходит через амперметр. Работа амперметра не зависит от положения кнопки стартера и выключателя приборов.
Звуковая сигнализация предназначена для оповещения о нормальной работе агрегатов. Передача информации производится посредством пневматических и электрозвуковых сигналов.
Пневматический сигнал включают нажатием кнопки с правой стороны от переключателя наружного освещения. Звуковой сигнал включается и отключается соответствующей кнопкой на поперечной раме под кабиной управления.
Схема КАМАЗ 5490 | Блок управления предпусковым подогревом
Схема блока управления предпусковым подогревом двигателя КАМАЗ 5490.
Центральный блок управления электрооборудованием ЦБУЭ на базе CBCU3-E24L — одно из базовых звеньев мультиплексной архитектуры электрооборудования КАМАЗ 5490, предназначенное для управления и контроля электрооборудованием автомобиля, выполняющее функции подготовки обработки данных для вывода на комбинацию приборов.
- Платформа KIBES-32 (24В);
- Программное обеспечение с использованием PLC;
- Электронно управляемые входные линии со встроенной диагностикой;
- Обработка цифровых и аналоговых сигналов;
- Поддерживает расширение за счет дополнительных мультиплексных узлов;
Электросхема блока освещения
Внутреннее и наружное освещение предназначены для эксплуатации автомобиля в условиях плохой видимости и темное время суток.
Электросхема освещения машины КамАЗ включает следующие элементы:
Электрическая схема системы наружного и внутреннего освещения
- фары на кабине управления;
- противотуманные галогеновые фары;
- передние и задние световые указатели;
- подкапотная лампа накаливания;
- лампа освещения багажного ящика;
- лампа освещения спального места;
- блок ламп освещения приборной панели;
- плафоны с лампами в кабине управления.
Подключение внутреннего и наружного освещения осуществляется по однопроводной схеме. Бесперебойность действия электрической цепи обеспечивают предохранители с плавкой вставкой типа ПРС-10.
Освещение работает с помощью комбинированного переключателя, напрямую подключенного через амперметр к источнику питания.
Схема КАМАЗ 5490 | Мультиплексный узел MUX2-BP
Схема мультиплексного узла MUX2-BP КАМАЗ 5490:
Схема электрооборудования и компонентов электронных систем КАМАЗ 5490.
Электрическая схема отопительной системы
Электрическая схема систем отопления, звуковой сигнализации и стеклоочистки
Отопление служит для обогрева кабины управления в холодное время года. Нагревание воздуха происходит через радиатор. Поток горячего воздуха поступает от реверсивного электродвигателя типа МЭ-250.
В зависимости от способа подключения контактов двигатель функционирует в двух режимах. При подключении к положительному полюсу источника питания вращение вала двигателя происходит в правую сторону. При подключении к отрицательному полюсу – в левую сторону.
Управление отоплением производят из кабины через клавишный переключатель. Бесперебойную работу узлов и агрегатов оценивают с помощью контрольных ламп.
Аналоговые мультиплексоры, ADC
И это могло бы стать проблемой, не будь аналоговых мультиплексоров (коммутаторов, ключей)
Для примера приведена структурная схема TS5A3157 от TI 
Так как он является одноканальным, то имеет всего два мультиплексируемых входа (Vnc и Vno).
Вывод Vcom — общий и всегда соединен с одним из аналоговых входов.
Вывод Vi определяет в каком состоянии будет находится «переключатель».
Мультиплексоры пропускают ток в обоих направлениях и в идеале должны вести себя как выключатель, но реальность вносит своих коррективы.
Основным элементом является MOSFET транзистор.
Благодаря низкому сопротивлению в замкнутом состоянии, высокому сопротивлению в режиме отсечки, низким токам утечки и малым паразитным емкостям, MOSFET-транзисторы с успехом используются в качестве аналоговых ключей. В портативных устройствах аналоговые мультиплексоры используются для коммутации входных и выходных сигналов. С помощью аналогового мультиплексора можно из одноканального АЦП сделать многоканальный и т.д.
Так как одноканального мультиплексора для решения возникшей проблемы мне бы не хватило, выбор пал на 74HC4052 
74HC4052 — это высокоскоростная CMOS микросхема, с двумя 4-х канальными аналоговыми мультиплексируемыми-демультиплексируемыми входами.
Каждый мультиплексер имеет 4-е независимых входа/выхода (выводы nY0-nY3) и общие Common входы/выходы (выводы nZ).
Логику переключения задают выводы S0-S1 и вход управления состоянием — E.
Когда вывод E находится в LOW состоянии — один из четырех переключателей (определяют S0 и S1)приходит в активное состояние.
Когда вывод E в высоком состоянии — все переключатели находятся в высокоимпедансном состоянии, независимо от выводов S0 и S1
(на схеме в зеленных блоках — делители и стабилитроны).
Дальше из основного цикла, по прерыванию от таймера — вызываю функцию переключения каналов
И само прерывания от ADC
Получилось так: 
Чтобы перевести полученный результат в вольты — применим:
VREF 2.5
АЦП 10 битное (1023)
Один отсчет — VREF/1023 = 0.0024437 V
т.е. например 114 * 0.0024437 = 0,2785818 вольта.
Аналоговые мультиплесоры в настоящее время предлагет большое количество фирм (Maxim, Analog Device, TI и пр. пр.), у каждого есть преимущества и недостатки.
Если это высокая цена — значит прибор обладает низким уровнем шума или высоким быстродействием на переключение (с низким шумом), и наоборот.
74HC4052 в этом отношении — достаточно бюджетное решение.
Как устроен CWDM мультиплексор (MUX/DEMUX) внутри
У многих инженеров по сетевым технологиям, работающим с системами спектрального уплотнения, возникает два вопроса по поводу CWDM мультиплексоров. Первый – как они устроены? Второй – почему на разных портах устройства возникают разные затухания? У обоих этих вопросов один ответ, так как разница в потерях на портах устройства является прямым следствием его конструкции. Об этом мы расскажем на этой странице.
Кротко о том, что такое CWDM мультиплексор
Эта пассивное устройство, которое формирует из нескольких оптических сигналов на разных длинах волн один общий. Говоря проще – “сливает” сигналы в один групповой.
Устройство, которое выполняет обратную функцию, называется “демультиплексор”.
В результате, множество сигналов могут быть переданы по одному оптическому волокну. При этом потоки данных полностью независимы друг от друга.
В настоящее время мультиплексоры и демультиплексоры не производят как независимые устройства, а выполняются в виде одного единого (на фото справа). Чаще всего его называют “CWDM MUX/DEMUX”.
Внутреннее устройство CWDM мультиплексора
Он устроен гораздо проще, чем думают многие. Если вы обратите внимание на устройство на фото выше, то увидите, что он выполнен в металлическом корпусе. Это самый популярный вид исполнения мультиплексора, так как он удобен для размещения в монтажной стойке 19``.
Внутри металлического корпуса располагается пластиковая коробка, из которой выходят оптические шнуры. К примеру, для мультиплексора для 8 длин волн этих шнуров может быть от 9 до 11.
8 из них – это входы/выходы для сигналов на каждой длине волны (лямбде).
1 шнур используется как вход/выход для группового сигнала. Его чаще всего называют “COM”.
1 шнур может принадлежать порту “UPG” (от английского слова “upgrade”). Такой порт служит для объединения двух или более мультиплексоров в один.
1 шнур может принадлежать порту “MON” (от английского слова “monitor”). Он отделяет небольшую долю группового сигнала и позволяет вам анализировать его. Это весьма удобно, так как для анализа сигнала ничего не нужно отключать, а система будет работать без изменений. Обычно, на порт “MON” отделяется 3% мощности.
Что внутри пластиковой коробки
Чтобы это стало просто и понятно, нам нужно познакомиться с другим оптическим устройством, которое называется “CWDM фильтр”. На данный момент фильтры являются основой построения всех пассивных устройств CWDM: мультиплексоров и OADM модулей.
У CWDM фильтра есть 3 входа(выхода). Они называются: “COM”, “PASS” и “REFLECT”. На фото справа видно 3 оптических волокна, выходящих из корпуса устройства.
Фильтр отделяет(или добавляет) сигнал только с какой-либо одной длиной волны.
Размер этого оптического устройства очень маленький, по габаритам его можно сравнить со спичкой.
CWDM мультиплексор состоит из соединенных последовательно фильтров. Количество фильтров равно количеству длин волн в мультиплексоре. Если вы вскроете пластиковый корпус, то обнаружите там N маленьких цилиндров, соединенных друг с другом оптическими волокнами.
Технология производства CWDM мультиплексоров очень простая. Прямо на заводе сидит рабочий и сваривает волокна, выходящие их фильтров друг с другом. После того, как все сварки выполнены, фильтры укладывают в пластиковый корпус и заливают компаундом.
В производстве пассивных устройств CWDM преобладает ручной труд. К нашему счастью, китайцы любят трудиться и делают это недорого.
В будущем, все может измениться, так как зарплаты в Китае растут очень высокими темпами. Каждый год оплата труда на фабриках растет на 5-10%. Видимо, это увеличение зарплат и делает людей на плакате слева такими счастливыми (шутка, этому плакату уже более 40 лет).
Про ручной труд мы упомянули не случайно, и из этого факта необходимо сделать важный вывод. CWDM мультиплексоры, поставляемые на российский рынок из КНР, могут очень сильно отличаться по качеству.
Некоторые фабрики собирают CWDM мультиплексоры из готовых фильтров, а некоторые собирают их сами. Серьезной разницы в цене и качество готового продукта это не дает. Важна культура на производстве.
Почему на разных портах мультиплексора CWDM разное затухание
Каждый фильтр вносит в групповой сигнал некоторое затухание. Соответственно, чем больше фильтров прошел свет, тем он слабее. Сигнал, отфильтрованный на самом первом каскаде мультиплексора, почти не имеет потерь. Сигнал, отфильтрованный последним каскадом, - самый слабый из всех. Затухание на “худшем” канале может достигать 5 дБ.
Печальная новость. Никаких точных стандартов последовательности фильтров друг за другом нет, и каждый производитель имеет свое собственное мнение на этот счет. Предсказать заранее, какой канал будет лучшим или худшим по затуханию невозможно.
Порты UPG (upgrade) и MON (monitor)
Порт UPG устроен очень просто. Это выход последнего фильтра. Именно поэтому наличие этого порта почти не сказывается на цене мультиплексора. Можно сказать, что он при производстве обходится полностью бесплатно. Многие поставщики оборудования из КНР в Россию сейчас привозят мультиплексоры только с UPG портом.
Порт MON более сложен в реализации и уже не является “бесплатным”. Для его реализации внутрь устройства устанавливается отдельный сплиттер (splitter) – это устройство, которое разделяет сигнал в пропорции 3% : 97%. 3% отделяется на порт MON, а 97% уходит в мультиплексор. Стоимость порта MON в производстве в Китае составляет около 10 американских долларов.
Если вы приобретете фильтры, то вполне можете при помощи сварочного аппарата произвести CWDM мультиплексор самостоятельно. Многие компании-поставщики оборудования в России так и делают.
Так как есть n строк выбора, будет 2 n возможных комбинаций нулей и единиц. Итак, каждая комбинация выберет только один ввод данных. Мультиплексор также называется Mux .
| Линии выбора | Выход | |
|---|---|---|
| S 1 | S 0 | Y |
| 0 | 0 | Я 0 |
| 0 | 1 | Я 1 |
| 1 | 0 | Я 2 |
| 1 | 1 | Я 3 |
Из таблицы Truth мы можем напрямую написать булеву функцию для вывода, Y как
Y = S 1 ′ S 0 ′ I 0 + S 1 ′ S 0 I 1 + S 1 S 0 ′ I 2 + S 1 S 0 I 3
Реализация мультиплексоров высшего порядка.
Теперь давайте реализуем следующие два мультиплексора высшего порядка, используя мультиплексоры низкого порядка.
| Выбор входов | Выход | |||
|---|---|---|---|---|
| S 3 | S 2 | S 1 | S 0 | Y |
| 0 | 0 | 0 | 0 | Я 0 |
| 0 | 0 | 0 | 1 | Я 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 | Я 2 |
| 0 | 0 | 1 | 1 | Я 3 |
| 0 | 1 | 0 | 0 | Я 4 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | Я 5 |
| 0 | 1 | 1 | 0 | Я 6 |
| 0 | 1 | 1 | 1 | Я 7 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | Мне 8 |
| 1 | 0 | 0 | 1 | Мне 9 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | Мне 10 |
| 1 | 0 | 1 | 1 | Мне 11 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | Мне 12 |
| 1 | 1 | 0 | 1 | Мне 13 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | Мне 14 |
| 1 | 1 | 1 | 1 | Мне 15 |
Как установить вашу систему CWDM Mux Demux?
Обычно CWDM Mux Demux используется для увеличения текущей емкости волоконного кабеля путем передачи нескольких длин волн, обычно до 18 отдельных сигналов по одному волокну. Эта статья даст обзор CWDM Mux в сети и опишет, как установить систему CWDM MUX Demux с пошаговыми деталями.
Обзор модуля CWDM Mux Demux
Модуль CWDM Mux Demux-это пассивное устройство, очень надежное и простое в использовании. Эти приборы доступны с различными комбинациями длин волн, обычно от 1270 Нм до 1610 Нм (расстояние 20 нм). На основе различных приложений, модуля CWDM мультиплексоры демультиплексоры могут быть предназначены на разные каналы. Типичный 4-канальный модуль MUX Demux будет использоваться для мультиплексирования четырех различных длин волн на одно волокно (показано на рисунке ниже). Это позволяет вам одновременно передавать четыре различных данных по одному и тому же волокну. Если вы используете мультиплексор CWDM в начале вашей сети, вам нужно будет использовать демультиплексор CWDM на противоположном конце, чтобы разделить или демультиплексировать длины волн, чтобы позволить им быть направленными на правильные приемники. Обычно CWDM Mux Demux-это модуль, который может использоваться в качестве мультиплексора или демультиплексора на любом конце пролета волоконного кабеля. Однако он все равно должен использоваться в парах.
Компоненты для установки системы CWDM Mux Demux
Базовая система CWDM Mux Demux состоит из локального блока, модуля CWDM Mux Demux и удаленного блока. Обычно локальное или удаленное устройство относится к двум различным коммутаторам. В общем случае, чтобы установить модуль CWDM Mux Demux, сначала должно быть установлено шасси для удержания модуля. Кроме того, чтобы подключить приемопередатчик CWDM мультиплексоры Демультиплексоры модуль в коммутатор, приемопередатчик CWDM SFP-трансивер должен быть установлен в переключателе в первую очередь. Затем используйте гибкий провод одиночного режима кабеля для подключения приемопередатчиков к модуля CWDM мультиплексоры Демультиплексоры. Поэтому при построении системы CWDM Mux Demux необходимыми компонентами установки mux являются стоечное шасси, модуль CWDM Mux Demux, трансиверы CWDM SFP и одномодовые патч-кабели (показаны в таблице ниже).
| Наименование | Фото товара | Описание |
|---|---|---|
| Стоечное шасси | Индивидуальное шасси для пустой стойки для размещения 2/3/4/12 штук нестандартных кассет LGX небольшого размера | |
| CWDM Mux Demux | 2/4/5/8/9/16/18 каналов CWDM Mux Demux 1270–1610 нм с портом монитора | |
| CWDM SFP модуль | 1,25 Гбит/с CWDM SFP 1270–1610 нм 20/40/80/100/120 км модуль | |
| Одномодовые оптические патч-корды | LC - LC 9/125 Simplex/Duplex одномодовый оптический патч-корд |
Этапы установки системы CWDM Mux Demux
Чтобы установить систему CWDM Mux Demux, необходимо выполнить четыре основных шага:
Установите стоечное шасси
CWDM стоечное шасси может установить в стандартный 19-дюймовый шкаф или стойку. При присоединении корпуса к стандартной 19-дюймовой стойке убедитесь, что вы устанавливаете стоечное шасси в той же стойке или в соседней стойке с вашей системой, чтобы вы могли подключить все кабели между модулями CWDM Mux Demux и CWDM SFP модулям в вашей системе.
Установка модуля CWDM Mux Demux
Чтобы вставить модуль, вы должны сначала выровнять модуль с полкой корпуса (показанной на рисунке ниже), а затем осторожно вставить модуль в полость полки. Наконец, затяните невыпадающие винты.
Подключение CWDM Mux Demux к коммутатору
После подключение трансивера CWDM SFP в коммутатор мы должны использовать одномодовый патч-кабель для подключения трансивера к CWDM Mux Demux.
Обратите внимание, что пары CWDM Mux Demux должны нести трансиверы с одинаковой длиной волны. Потому что каждый трансивер будет работать только с соответствующим портом, и данные всегда будут передаваться между устройствами с одинаковыми длинами волн. Приемопередатчики CWDM SFP с разными длинами волн могут иметь разные цветовые коды.
Подключение пары CWDM Mux Demux
Если вы используете мультиплексор CWDM на одном конце сети, вы должны использовать демультиплексор на другом конце сети. Следовательно, последний шаг для завершения системы CWDM Mux Demux - это подключение пар Mux Demux (или мультиплексора и демультиплексора). Для дуплексного устройства мультиплексирования необходимо использовать пару одномодовых соединительных кабелей. Для симплексного Mux Demux достаточно только одного одномодового коммутационного кабеля. После того, как все будет сделано, система CWDM Mux Demux будет успешно установлена.
Заключение
Таким образом, система Mux Demux - это экономичное решение, которое легко установить. CWDM Mux Demux, только мультиплексор CWDM и только демультиплексор CWDM - это гибкое и недорогое решение, которое позволяет расширять существующую емкость волокна и позволяет операторам в полной мере использовать доступную полосу пропускания волокна в архитектурах локальных линий и предприятий.
Лекция 4
рых функциональные блоки расположены по строкам (строковые FPGA), однако рассматривать эти варианты отдельно нет оснований, поскольку существенные черты FPGA остаются одинаковыми для обоих вариантов[2].
Рис.1 – Обобщенная структура FPGA (a) и основные части их функциональных блоков (б)
Все части FPGA (функциональные блоки ФБ, система межсоединений и блоки ввода/вывода) являются конфигурируемыми или реконфигурируемыми,
причем (в отличие от БМК) средствами самих пользователей. Перечисленные части — основа FPGA. Кроме них современные варианты FPGA, как правило,
оснащены дополнительными средствами для автоподстройки задержек в системе тактирования (PLL, Phase Locked Loop или DLL, Delay Locked Loop), средствами поддержки интерфейса JTAG и др.
На кристалле FPGA расположено большое количество КЛБ, каждый из которых меньше ПМЛ, используемых в CPLD. Они распределены по всему кри-
сталлу среди программируемых соединений, а вся матрица окружена програм-
мируемыми блоками ввода-вывода. Конфигурируемый логический блок ИС типа
FPGA обладает меньшими возможностями, чем типичная ПМЛ, но одна микро-
схема типа FPGA содержит гораздо больше логических блоков чем ИС типа
CPLD при том же размере кристалла[3].
При конфигурировании FPGA функциональные блоки настраиваются на выполнение необходимых операций преобразования данных, а система межсо-
единений – на требуемые связи между функциональными блоками. В результате во внутренней области FPGA реализуется схема нужной конфигурации. Распо-
ложенные по краям кристалла блоки ввода/вывода обеспечивают интерфейс
FPGA с внешней средой. Блоки ввода/вывода современных FPGA можно про-
граммировать на выполнение требований множества стандартов передачи дан-
ных (число таких стандартов может доходить до 20).
На рис. 1, б крупно показан состав типичного функционального блока ФБ,
в который входят функциональный преобразователь (ФП), реализованный в виде программируемого запоминающего устройства (LUT, Look-Up Table), триггер
(регистр) и мультиплексоры, играющие роль средств конфигурирования ФБ. LUT — наиболее распространенная разновидность ФП в FPGA со стати-
ческой памятью конфигурации. В схемах FPGA с однократным программирова-
нием перемычек находят применение ФП в виде простых логических вентилей
(SLC, Simple Logic Cell) и логических модулей на основе мультиплексоров.
Функциональные блоки FPGA
Табличный ФП типа LUT представляет собою запоминающее устройство,
хранящее значения искомых функций, считываемые по адресу-аргументу. Запо-
минающее устройство с организацией 2m*n имеет m адресных входов и n вы-
ходных линий. В таком запоминающем устройстве можно хранить таблицу для
считывания n функций от m переменных, поскольку каждый разряд хранимого массива данных можно рассматривать как столбец значений переключательной функции. В память можно записывать любые числа, и, следовательно, разрядные столбцы этих чисел могут воспроизводить любые функции m переменных. Вре-
мя вычисления результата не зависит от воспроизводимой функции и равно вре-
мени считывания слова из памяти.
Второй тип ФБ — схема, основой которой служат программируемые мультиплексоры (фирма Actel и др.). В этих ФБ выходная величина описывается некоторой так называемой порождающей функцией, соответствующей исполь-
зованию всех входов схемы как информационных. При программировании на некоторые входы задаются константы 0 и 1, разные сочетания которых порож-
дают целый спектр возможностей воспроизведения логических функций.
Третий тип ФБ — так называемые «мелкозернистые», блоки, составлен-
ные, чаще всего, из транзисторных пар, выделяемых из цепочек транзисторов с n
и p -каналами. Из таких пар собираются традиционные для КМОП-схем логиче-
ские элементы, методы синтеза которых традиционны. Типичную структуру ФБ
FPGA с триггерной памятью конфигурации рассмотрим на примере микросхемы семейства Spartan фирмы Xilinx (рис. 2). Фирма Xilinx изобрела и активно разра-
батывает оперативно реконфигурируемые FPGA, ее продукция занимает 30— 40% мирового рынка ПЛИС. По своей структуре микросхемы Spartan продол-
жают линию развития классических FPGA, популярным представителем которой является семейство ХС4000 той же фирмы. В функциональных блоках этих мик-
росхем логические преобразования выполняются тремя LUT – блоками (функ-
циональными преобразователями ФП) G, F и Н. Преобразователи G и F — про-
граммируемые запоминающие устройства (ЗУ) с организацией 16x1, способные воспроизводить любые функции четырех переменных, значения которых могут быть переданы на выходы Y и X через мультиплексоры 4 и 6 при соответствую-
щем их программировании (через линии верхних входов мультиплексоров)[1].
Заметим, что на рисунках, как и ранее, в обозначениях мультиплексоров не отражена их программируемость, поскольку все они без исключения облада-
ют этим свойством.
Через верхний вход мультиплексора 1 и нижний вход мультиплексора 2 функ-
ции G и F могут быть поданы на ФП-Н (ЗУ с организацией 8x1) для образования
«функции от функций» с целью получения результирующей функции, завися-
щей от более чем четырех аргументов. К третьему входу ФП-Н подключен вход-
ной сигнал HI, так что Н =/(G, F, HI). Аргументами для ФП-Н, поступающими от мультиплексоров 1 и 2, в зависимости от их программирования может быть не только набор G, F, HI, но также наборы G, HI, DIN; SR, HI, DIN; SR, HI, F. Ли-
нии DIN и SR используются либо для передачи в триггер непосредственно вход-
ных данных и сигнала установки/сброса (Set/Reset), либо как входы ФП-Н.
Перечисленные ресурсы логической части ФБ позволяют воспроизводить:
любую функцию с числом аргументов до 4 включительно плюс вторую;
такую же функцию плюс любую функцию с числом аргументов до трех;
любую функцию 5 аргументов (одну);
любую функцию 4 аргументов и одновременно некоторые функции
6 аргументов, некоторые функции с числом аргументов до 9.
Помимо удобства программирования, применение памяти для хранения таблиц истинности имеет другое важное достоинство. Любой логический блок в микро-
схеме можно сконфигурировать так, чтобы использовать его в качестве памяти, а
Рис.2 – Пример схемы функционального блока FPGA
Сигналы HI, DIN, SR, ЕС являются для ФБ входными, они подаются на еговнутренние схемы через группу из четырех мультиплексоров MUX «4 в 1» (на рисунке не показаны), к которым подключены 4 линии внешней шины управления С1. С4. Это позволяет распределять сигналы HI, DIN, SR и ЕС по линиям С1. С4 в любом желаемом варианте.
Мультиплексоры 3. 6 направляют те или иные сигналы данных управле-
ния на триггеры 1 и 2. Триггеры могут использоваться для фиксации и хранения выходных сигналов функциональных преобразователей или же работать незави-
что вносит в цепь его передачи некоторую задержку.
Оба триггера имеют общие входы тактирования clk от сигнала К, разре-
шения тактирования ЕС и установки/сброса SR. Внутренние программируемые
цепи в схеме триггера (на рис. 2 не показаны) позволяют индивидуально про-
граммировать полярность тактирующего сигнала СК. Сигнал ЕС синхронизиро-
ван с сигналом clk, сигнал SR асинхронный и для каждого триггера с использо-
ванием внутренних цепей триггера программируется как сигнал установки или сброса. Этот сигнал определяет состояние, в котором окажется триггер после процесса конфигурации микросхемы. Конфигурация определяет и характер воз-
действия на триггеры импульсов GSR (Global SR) и SR при работе схемы.
Блоки ввода/вывода FPGA
Блоки ввода/вывода, показанные на примере микросхем семейства Spartan
фирмы Xilinx (рис. 3), обеспечивают интерфейс между выводами корпуса FPGA
и ее внутренними логическими схемами. Каждому выводу корпуса придается блок ввода/вывода БВВ, который может быть конфигурирован как вход, выход или двунаправленный вывод.
Рис. 3 – Пример схемы блока ввода/вывода FPGA
Работа БВВ как выходного блока обслуживается следующими элемента-
ми: выходным буфером 1, триггером 1, мультиплексорами 1, 2, 5 и логической схемой «ИЛИ». Выводимый сигнал О можно получать в прямой или инверсной форме в зависимости от программирования мультиплексора 2. Этот сигнал мо-
жет передаваться на выходной буфер непосредственно или сниматься с триггера при соответствующем программировании мультиплексора 5. Сигналы Т и GTS,
согласно логике «ИЛИ», управляют переводом буфера в третье состояние, при-
чем активный уровень сигнала Т программируется с помощью мультиплексо-
ра 1. Внутренние программируемые цепи триггера (на рисунке не показаны) по-
зволяют изменять полярность тактирующего фронта. Сам буфер имеет програм-
мируемые крутизну фронта выходного сигнала и его уровни (КМОП/ТТЛ). Кру-
тизна фронтов в некритичных к скорости передачи цепях снижается для умень-
шения уровня помех на шинах питания и земли. Используется так называемый мягкий старт (Soft Start-Up), снижающий помехи при конфигурировании схемы и переходе ее к рабочему режиму, когда одновременно активизируются многие буферы. Первая активизация автоматически происходит с пологими фронтами перепадов напряжения. Затем вступает в силу заданный выбор той или иной крутизны фронтов в зависимости от принятой конфигурации блоков ввода-
Тракт ввода сигналов содержит входной буфер 2, триггер 2, программи-
руемые мультиплексоры 3, 4, 6, элемент задержки ЭЗ и программируемые схемы задания определенных потенциалов выводу, к которому не подключен вводимый или выводимый сигнал (схемы Pull-Up (Vcc) или Pull-Down (GND)). Вводимый сигнал в зависимости от программирования мультиплексоров 3 и 4 или поступа-
ет непосредственно в систему коммутации FPGA по входным линиям I1 и I2,
или же фиксируется триггером и с его выхода передается в эти линии. Триггеры могут конфигурироваться как тактируемые фронтом или как защелки (D-
триггеры, управляемые уровнем). Выбор осуществляется присвоением триггеру соответствующего библиотечного символа. В цепи передачи сигнала на триггер
2 могут быть включены элементы задержки (при передаче сигнала через нижний вход мультиплексора 6). Включение задержки гарантирует необходимые вре-
менные соотношения между входными сигналами триггера D и глобальным сиг-
налом тактирования clk.
Для систем межсоединений FPGA организация непрерывных соединений затруднительна из-за сложности построения программируемой матрицы соеди-
нений. Для них характерны сегментированные линии связей, составленные из отдельных проводящих отрезков — сегментов. Сегменты соединяются в нужную цепь с помощью программируемых ключей. Выбор длины сегментов должен учитывать, что короткие сегменты затрудняют передачу сигналов на большие расстояния (в длинных связях появится много программируемых ключей, а вме-
сте с ними задержек сигналов и затрат площади кристалла), а длинные сегменты неудобны для коротких связей. Поэтому система межсоединений имеет, как пра-
вило, иерархический характер, и в ней сочетаются различные типы сегментов
(основные связи, связи двойной длины, прямые связи для близлежащих функ-
циональных блоков, длинные линии, пересекающие кристалл по всей его длине или ширине).
Систему межсоединений FPGA образуют сегментированные линии и пе-
реключательные блоки ПБ (PSM, Programmable Switching Matrix). Функциональ-
ные блоки имеют квадратные геометрические очертания, их выводы распреде-
лены по всем сторонам квадрата для облегчения коммутируемости. Для межсо-
единений функциональных блоков во внутренней области кристалла имеются три типа связей: одинарной длины, двойной длины и длинные линии. Упрощен-
ная система коммутации FPGA показана на рис. 4, на примере FPGA семейства ХС4000 фирмы Xilinx.
Рис. 4 – Пример системы коммутации FPGA
На пересечениях вертикальных и горизонтальных каналов расположены переключательные блоки (рис. 5, а). В пределах ПБ пересекаются вертикальные и горизонтальные линии связей, и в каждом пересечении имеется цепь из 6 тран-
зисторов для установления того или иного соединения. Сигнал, поступающий в ПБ по какой -либо линии (например, горизонтальной), может быть направлен вверх, вниз или прямо в зависимости от того, какой транзистор будет открыт при конфигурировании FPGA. Возможна и одновременная передача сигнала по не-
скольким направлениям, если требуется его разветвление.
Линии одинарной длины осуществляют, преимущественно, межсоедине-
ния соседних или близлежащих ФБ, линии двойной длины огибают переключа-
тельные блоки, соседние по отношению к данному, и проходят к следующим,
чем облегчается установление более длинных связей. По три длинных линии,
пересекающих весь кристалл по длине (ширине), реализуются сверху, снизу и по обоим бокам ФБ. Выводы функциональных блоков пересекают горизонтальные и вертикальные каналы трассировки, проходящие непосредственно около них, и
могут программируемыми точками связи подключаться к линиям каналов. Даль-
Читайте также: