Proqramlanan məNTİQİ İnteqral sxemləR (PLİC) ÜZƏRİNDƏ Mİkroprosessorlu sistemləRİn qurulmasi

---

 

31 

 

BÖLMƏ 2. 

PROQRAMLANAN MƏNTİQİ İNTEQRAL SXEMLƏR (PLİC) ÜZƏRİNDƏ 

MİKROPROSESSORLU SİSTEMLƏRİN QURULMASI 

 

2.1. PLİC-lərin  arxitekturları və proqramlaşdırılması texnologiyaları 

          

      PLİC-lərin  daxili  strukturu  ümumi  halda  çoxsaylı  proqramlanan  məntiqi 

bloklardan  ibarət olur(şək.2.1).Bu  blokların  mürəkkəblik  dərəcəsinə görə    PLİC-

lər xırda və  iri modullu ola bilər. 

     Xırda  modullu  arxitekturda  hər  bir  modul  çox  sadə  funksiyaları  yerinə  yetirir 

(şək.2.2a,b,c,e)  və  bunlar,əsasən,  əlaqələndirici  məntiqi  sxemlərin,bircinsli   

olmayan  idarəedici  strukturların  gerçəkləndirilməsi  üçün  istifadə  edilir.Belə 

strukturlar həmçinin sistolik alqoritmlərin (kütləvi paralellik hesabına çox effektiv 

icra edilən funksiyaların) gerçəklənməsi üçün daha çox əlverişlidir. 

      Iri  modullu  arxitekturda  hər  bir  məntiqi  blok  çoxsaylı  məntiqi  elementlərdən 

(məsələn,hər  biri  4  girişli  olmaqla  4  ədəd  həqiqilik  cədvəlini  gerçəkləşdirən 

məntiqi  sxem,  4  ədəd  multipleksor  (MUX),4  ədəd  trigger  və  digər  məntiqi 

elementlər ) ibarət olur (şək.2.2d). Daha iri modul isə nisbətən mürəkkəb strukturlu 

alqoritmik  elementlər  (məsələn,siqnalların  rəqəmli  emalı  prosessoru  ,yaxud  MP) 

üzərində  qurulur  .  Iri  modullu  arxitekturun      elementləri  müəyyən  alqoritmik 

funksiyanı  (məsələn,sürətli  Furye  çevrilməsini-SFÇ)  yerinə  yetirən  sxem  ,yaxud 

ümumi  təyinatlı  MP  kimi  gerçəkləşdirilə  bilər.  PLIC-  lərin  tərkibinə  inteqrə 

edilmiş  bloklar  (multipleksor,cəmləyici,yaddaş,MP  nüvəsi)  da  müxtəlif  tərkibli 

elementlərdən(ventillərdən) ibarət olur. 

        Xırda modullu PLİC-lər üçün blok daxilində və xaricində  çoxsaylı əlaqələrin 

olması  xarakterikdir.Orta  və  iri  modullu  PLİC-lərdə  bu  əlaqələrin  sayı  azdır. 

Əlaqələrin çox olması gecikmənin artmasına səbəb olur.  

    PLIC-lərin  prinsipial  sxemlərinin  gerçəkləşdirilməsi  və  onlar  üzərində 

sistemlərin  yaradılması  üçün  müxtəlif  kompüterli  layihələndirmə  vasitələrindən 

---

 

32 

istifadə  edilir.  Bu  vasitələr  əsasən,PLIC-lərin  proqramlaşdırılmasına,yəni  onun 

daxilindəki elementlər (modullar,bloklar) arasında lazımi əlaqələrin yaradılmasına 

xidmət  edir.Bunun  üçün    PLIC–nin  yaradılacaq    strukturuna  əsasən  kompüterdə 

konfiqurasiya  edici  fayl  (KF)  hasil  edilir  və    PLIC    daxilinə  müxtəlif  üsullarla 

yüklənir.Nəticədə  proqramlanan  qurğunun  bütün  imkanları  PLIC  daxilindəki 

konfiqurasiya edici xüsusi yaddaşın oyuqlarında gerçəkləşdirilmiş olur.  

    Ümumi  halda  PLIC-nin  proqramlaşdırılmasının  əsas  2  texnologiyası 

mövcuddur: 

  əriyən birləşmələr əsasında 

  əlaqələrin strukturunun dinamik dəyişdirilməsi  əsasında 

 Birinci  texnologiyada    qurğunun  strukturu  KF  əsasında  yalnız  bir  dəfə 

proqramlana  bilər.      Bu  halda  KF  konfiqurasiya  edici    verilənlərdən  ibarət    olur 

ki,bunlar elementlər arasında əlaqələrin yaradılması üçün istifadə edilir. 

İkinci  texnologiyada  konfiqurasiya  edici  yaddaşın  məzmununa  əsasən  PLİC-nin 

strukturu  dəfələrlə  dəyişdirilə  bilər.Bu  prosesdə  KF  saxlanılması  üçün  statik 

RAM(SRAM), yaxud FLASH (EEPROM) tipli yaddaş istifadə edilir. 

       Əgər  KF-nın  yadda  saxlanılması  üçün  SRAM  istifadə  edilirsə,onda  KF 

konfiqurasiya  edici  bitlər  axınından  ibarət  olur  ki,onlar  proqramlanan    məntiqi 

elementlərin  vəziyyətini  təyin  edir.  Həmçinin  KF  konfiqurasiya  edici  əmrlərdən 

ibarət  ola  bilər  ki,  onlar  konfiqurasiya  verilənlərinin  necə  istifadə  ediləcəyini 

müəyyən edir. 

      EEPROM,yaxud  FLASH  əsasındakı  PLİC-qurğular    SRAM  halında  olduğu 

kimi  proqramlanır,lakin enerji kəsildikdə KF  saxlanılmış olur.  

Statik RAM(SRAM) əsasında PLIC- texnologiyası. .PLIC daxilindəki  ventillərin 

birləşməsi konfiqurasiyasını yadda saxlamaq  və dəfələrlə yenidən proqramlamaq 

üçün Statik RAM istifadə edilir.Bu texnologiyanın üstünlüyü: 

o 

yeni variantları cəld yoxlayıb gerçəkləşdirmər olur 

o 

yeni standartlara və protokollara uyğunlaşdırmaq asandır 

---

 

33 

Konfiqurasiya  məlumatının  yadda  saxlanılması  üçün  SRAM  texnikasının  istifadə 

edilməsinin  üstünlüklərindən biri  də  odur  ki,  SRAM texnologiyasının  inkişafı  ilə 

bütün yeni imkanlar PLIC-nın daxili yaddaşında da öz əksini tapır. 

        SRAM  əsasında  proqramlanan  PLIC-lərin  çatışmazlığı  kimi  aşağıdakıları 

göstərmək olar: 

      Sistem  gərginlik    şəbəkəsinə  hər  dəfə  yenidən  qoşulduqda  PLIC-nin 

konfiqurasiya  edilməsi  təkrar  olunmalıdır.  Yenidən  konfiqurasiya  edilməsi  üçün 

xarici  yaddaş  mikrosxemi  istifadə  edilməli,yaxud  PLIC-nin  daxilinə  MP  inteqrə 

edilməli olduğundan layihələndirilən sistemin  dəyəri  artır.Bundan  əlavə gərginlik  

şəbəkəsinə yeni qoşulmuş belə  PLIC-nın müəyyən standart  funksiyanı (öz-özünü 

yoxlama,bütövlükdə  sistemin  testləşdirilməsi)  yerinə  yetirməsi    üçün  onun  ilkin 

proqramlanması da vacibdir.  

SRAM  əsasındakı  PLIC-qurğularda  intellektual  mülkiyyətin  (İP-İntelectual 

Properity)  qorunması.SRAM  yaddaşı  enerjidən  asılı  olduğundan  bu  halda  PLIC-

qurğunun    proqramlanması  üçün    KF  hər  hansı  formada    xarici  yaddaş 

mikrosxemində  yadda  saxlanılmalıdır.Hazırda    KF-nın  məzmununu  oxunaraq  

uyğun sxemin,yaxud həqiqilik cədvəlinin generasiyası üçün müxtəlif kommersiya 

vasitələri  mövcuddur.  Ümumi  halda  KF-nın  dərk  edilərək  ondan  məntiqin  hasil 

edilməsi  trival  məsələ  hesab  edilmir.  Lakin  buna  baxmayaraq  İP-nin  “yarılması” 

istiqamətində çalışan kompaniya və mütəxəssislərin varlığını nəzərə alaraq SRAM 

əsasında  PLIC-lərdə  İP-nin  mühafizəsi  aktual  olaraq  qalmaqdadır.Bu  məqsədlə 

KF-da  “bitlərlə  axınlı  şifrələmə”prinsipi  dəstəklənir.Bu  halda    KF-nın  axırıncı 

versiyası xarici yaddaş mikrosxeminə şifrələnmiş şəkildə yazılır.Şifrənin açarı isə 

PLIC-nin  SRAM  oyuqları  üzərində  qurulmuş    xüsusi  registrə  JTAG  portu 

vasitəsilə yüklənir.Qurğuya KF yüklənərkən bu açar KF –ni deşifrə edir. 

      KF-nın şifrələnmiş şəkildə yüklənməsi buradakı məlumatın oxunmasını qeyri-

mümkün edir.Layihələndirmə prosesində şifrələnmiş KF –dən istifadə etmək olar. 

---

 

34 

Xarici  yaddaş  mikrosxemindən  istifadə  edilməklə  SRAM  texnologiyalı  PLIC-

qurğunun    çatışmazlığından  biri  də  odur  ki,çap  lövhəsi  üzərində    ehtiyat  qida 

batareyası lazımdır ki, PLIC  şəbəkə gərginliyindən  açıldıqdan sonra şifrənin açarı 

olan registrin məzmunu yadda saxlanılsın. 

Əriyən birləşmələr əsasında PLIC   texnologiyası. Sistemin  gərginlik  şəbəkəsinə 

qoşulması  halında  proqramlanan    SRAM  texnologiyalı  PLIC-dən  fərqli  olaraq 

əriyən birləşmələr əsasında PLIC-qurğu proqrammator vasitəsilə  proqramlanır və 

aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdir: 

  qida  gərginliyindən  açıldıqda  PLIC-dəki    KF  silinmir,sistem  işə 

qoşulduqdan dərhal sonra işə hazır olur 

  enerjidən asılı olmadığından PLIC-qurğu  KF-nı yadda saxlamaq üçün xarici 

yaddaş mikrosxeminin olmasını tələb etmir.Nəticədə sistemin ümumi dəyəri 

azalır və çap lövhəsi üzərində az yer tutur. 

  PLIC daxilindəki birləşmələrin strukturu “sərt” olduğundan xarici radiasiya 

təsirlərinə  məruz  qalmır.Bu,  hərbi  və  kosmik  tətbiqlər  üçün  çox 

əhəmiyyətlidir.  PLIC  daxilindəki  digər  bütün  triggerlərin  radiasiya 

təsirindən  qorunmaq  üçün  bu  triggerlər  3-qat  ehtiyat  formasında 

yaradılır,yəni sistemdə hər bir registrin 3 nüsxəsi olmalıdır. 

  KF-nin yükləyən proqrammator sistemin bir hissəsi olduğundan oradan KF 

oxuna  bilər.  Lakin  bu  proses  iterativ  olduğundan    çox  böyük  zaman  tələb  

edir.Çunki,  proqrammator  hər  bir  əriyən  birləşməni  proqramlaşdırdıqdan 

sonra  onun  düzgünlüyünü  yoxlayaraq  növbəti  əriyən  birləşməyə 

keçməlidir.Bundan  əlavə,  proqrammatorda    qurğunun  müvəffəqiyyətli 

proqramlanmasını  yoxlayan  xüsusi  proqram  avtomatik  olaraq  yerinə 

yetirilir.Odur ki, proqrammator vasitəsilə KF -nın operativ olaraq oxunması 

real deyildir. 

---

 

35 

  PLIC-qurğu  proqramlaşdırdıqdan sonra birləşmənin mühafizəsi üçün xüsusi 

birləşmələr proqramlaşdırılır.Yəni bu xüsusi birləşmənin vəziyyətindən asılı 

olaraq  konfiqurasiyanın oxunması təhlükəsi  aradan qaldırıla bilər. 

  PLIC-nin konfiqurasiyanı dəyişmək mümkün deyildir. 

 EEPROM  və  FLASH  əsasında  PLIC-qurğular.    Bu  halda  PLIC-nin 

konfiqurasiya edici oyuqları SRAM texnologiyasında olduğu kimi sürüşdürücü 

registrə  bənzər  uzun  zənciri  təşkil  edir.Bu  qurğular  sistemdən  ayrılaraq 

proqrammator  vasitəsilə  proqramlaşdırılır.  Proqramlaşdırıldıqdan  sonra 

qurğudakı məlumatlar enerjidən asılı olmayacaqdır,yəni sistemə qida gərginliyi 

verilən kimi işə hazır olacaqdır. KF –nın mühafizəsinə gəldikdə, bu  qurğularda 

“multibitli  açar  prinsipi“  (50bitdən  bir  neçə  100  bit)  istifadə  edilir.  Qurğu 

proqramlaşdırdıqdan sonra oraya “şəxsi açar” daxil etmək olar. 

   FLASH əsasında  oyuq SRAM-ə nisbətən daha az tranzistor tələb etdiyindən 

PLIC-qurğu  daha kompakt və daxili birləşmələrdəki gecikmələr daha azdır. 

FLASH  və  SRAM    əsasında    hibrid    PLIC-qurğular    Hər  bir  konfiqurasiya 

elementi  FLASH  oyuğu  və      onunla  əlaqədar  olan  SRAM  oyuğundan 

ibarətdirsə,belə    PLIC-qurğu    “hibrid”  adlanır.Bu  halda  FLASH  elementlər 

əvvəlcədən  proqramlanır,  sistem  işə  qoşularkən  FLASH-  oyuqların  məzmunu 

paralel  olaraq  SRAM  oyuqlarına  köçürülür.Bu  texnologiya  əriyən  birləşməli 

texnologiya  kimi  enerjidən  asılı  olmamaq  xüsusiyyətinə  malikdir  və  sistem 

gərginliyə  qoşulan  kimi  işə  hazır  olur.Lakin  ondan  fərqli  olaraq  PLIC-qurğu  

sistemə  qoşulmuş  vəziyyətdə  SRAM  oyuqlarını  yenidən  proqramlamaq  üçün 

istifadə  etmək  olar.Eyni  qayda  ilə  FLASH  vasitəsilə  qurğu  yenidən 

proqramlanır. 

    Müxtəlif  proqramlanma  texnologiyası    əsasında  yaradılan  PLIC-qurğuların 

xarakteristikaları cədv.2.1-də göstərilir.   

 

 

---

 

36 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Proqramlanan 

daxili əlaqələr 

Proqramlanan  

Məntiqi bloklar 

Şək.2.1. ümumi şəkildə PLİC-nin daxili strukturu 

b) mux üzərində y=(a&b)|c   ifadəsini 

gerçəkləşdirən məntiqi  blokun daxili 

strukturu 

 

 

0 

b 

0 

1 

1 

x 

a 

0 

c 

y 

mux 

mux 

mux 

mux 

4girişli 

həqiqilik 

Cədvəli 

a 

b 

c 

d 

y 

e 

TG 

clk 

q 

a)çox sadə proqramlanan məntiqi 

blokun daxili strukturu 

Şək.2.2. məntiqi blokun daxili 

strukturları(a,b) 

---

 

37 

 

 

 

4 girişli 

həqiqilik 

cədvəli 

16bit shift register 

mux 

16x1 RAM 

TG 

 

 

4 girişli 

həqiqilik 

cədvəli 

16bit shift register 

mux 

16x1 RAM 

TG 

d)2 ədəd məntiqi blokdan ibarət 

seksiyanın  

strukturu 

Şək.2.2(davamı). məntiqi blokun 

daxili strukturları(c,d,e) 

Y 

a 

b 

1 

c 

d 

1 

e 

f 

1 

AND 

OR 

e) Y=(axb)+(cxd)+(exf) funksiyasını yerinə 

yetirən məntiqi blokun daxili strukturu 

 

A(0-n) 

B(0-n) 

x 

 

+ 

 

akkumulyator 

Y[(2n-1)-0] 

c)Y[(2n-1)-0]=AxB ifadəsini (MAC) 

gerçəkləşdirən məntiqi blokun daxili 

strukturu 

 

---

 

38 

 

 

 

 

Cədv.2.1.müxtəlif tip PLIC-qurğuların xarakteristikaları 

 

 

xarakteristika 

 SRAM 

texnologiyası 

əriyən  birləşməli 

texnologiya 

EEPROM/FLASH 

Texnologi proses 

Müasir səviyyədə  Bir  neçə  nəsil 

keçmiş 

Bir 

neçə 

nəsil 

keçmiş 

proqramlama/ 

Təkrar 

proqramlama 

sistem daxili/ Var   Xüsusi 

qurğu/yox 

sistem  daxili  və 

Xüsusi qurğu / Var 

Təkrar 

proqramlama 

sürəti 

sürətli 

  - 

SRAM-ə  nisbətən 

3 dəfə yavaş 

Enerjidən  asılılıq 

/qida  qoşulduğu 

halda 

proqramlama 

var 

  yox 

Yox/lazım 

gəlsə 

mümkün 

Xarici 

konfiqurasiya 

faylının  olmasına 

ehtiyac 

  var 

  yox 

  yox 

Qurğunun 

prototipinin 

yaranması 

təhlükəsi 

Var(yüksək 

dərəcədə) 

  yox 

  Var(kafi 

dərəcədə) 

Qida  verildikdən 

sonra  dərhal  işə 

hazır olması 

  yox 

  var 

  var 

İP-nin mühafizəsi  orta 

  Çox yaxşı 

Çox yaxşı 

Konfiqurasiya 

oyuğunun ölçüsü 

Böyük(6 

tranzistor) 

  Çox az 

Az (2 tranzistor) 

Güc sərfi 

  orta 

aşağı 

  orta 

Radiasiyaya 

davamlılıq 

  yox 

 var 

yox