Какво е GAL (Generic Array Logic)?Основна структура, характеристики, предимства
2024-07-25 677

Generic Array Logic (GAL) е вид технология, използвана за създаване на гъвкави и ефективни електронни дизайни.Разработена от по-стара технология, наречена програмируема масивна логика (PAL), GAL използва усъвършенстваната технология, за да бъде екологична и по-адаптивна.Тази статия разглежда какво е GAL, как е изграден, какво може да направи и неговите предимства.Той също така сравнява GALS с други подобни технологии като FPGAS & CPLD, показвайки къде Gals работят най -добре и къде може да не са достатъчни.Целта е да се покаже как Gals се вписват в съвременната електроника и правят устройствата по -умни и по -ефективни.

Каталог

Фигура 1: Устройство за логика на обща масив (GAL)

Обяснена родовата логика на масива (GAL)

Generic Array Logic (GAL) е програмируемо логическо устройство, базирано на програмируема логика на масива (PAL).Gals използват електрически изтриване на технологията CMOS (EECMOS), подобрявайки програмирането и опростяването на програмирането.Това прави Gals универсален в електрониката.

GAL устройствата разполагат с изходната логическа макро клетка (OLMC).Този компонент повишава гъвкавостта и лекотата при настройка и промяна на логическите порти.Той предлага по -голяма адаптивност от устройствата на PAL, тъй като бързите промени в дизайна ускоряват стартирането на продукта и подобряват функционалността.

Технологията на EECMOS в GALS поддържа устойчивостта на околната среда, като позволява на устройствата да бъдат изтрити и препрограмирани, намалявайки електронните отпадъци.Обширното тестване гарантира, че Gals са стабилни и ефективни, отговарящи на изискванията за високоефективни и устойчиви електронни компоненти.

Основна структура на генерична масива (GAL)

Фигура 2: Представления на GAL16V8 устройство

Generic Array Logic (GAL), като модела GAL16V8, показва изтънчеността и адаптивността на съвременните програмируеми логически устройства.Структурата на GAL16V8 е проектирана да отговаря на различни сложни цифрови нужди чрез модулните си, но интегрирани компоненти.Всеки компонент играе стратегическа роля във функционалността и гъвкавостта на устройството.

Дизайн на входния терминал - GAL16V8 има рафинирана входна система с PINS 2 до 9, обозначени като входни терминали.Всеки от тези осем входа е сдвоен с буфер, който разделя входящите сигнали на два допълващи изхода.Този подход с двойна изхода повишава вярността и целостта на сигнала, когато влиза в и масива.Поддържайки целостта на сигнала, GAL16V8 осигурява надеждна и точна обработка на логически функции за системи, които зависят от точната манипулация на сигнала.

И конфигурация на масива - А и масивът е централен компонент в архитектурата на Гал.Проектиран за ефективно обработка на сложни логически операции.Състои се от осем входа и изходи, всеки от които произвежда два допълващи изхода, образувайки матрица от 32 колони.Те се хранят във вторичен етап от осем вход или порти, което води до мрежа от 64 реда.Тази структура създава програмируема матрица с 2048 потенциални възли, всеки от които се конфигурира за изпълнение на специфични логически функции.Тази експанзивна матрица позволява висока гъвкавост при програмирането на устройството да изпълнява широк спектър от логически операции, от прости функции на гервене до сложни изчислителни алгоритми.

Универсалност на изхода на макро единица - Всеки от осемте изходни макро единици, свързани с щифтове от 12 до 19, подчертава адаптивността и функционалното богатство на Gal.Тези единици могат да бъдат програмирани така, че да съответстват на всяка изходна конфигурация, характерна за PAL устройство, с подобрени опции за персонализиране.Тази програмируемост позволява на дизайнерите да приспособяват логическите изходи, за да отговорят на специфичните нужди на техните схеми.

Прецизно време със системен часовник - Специален системен часовник, свързан чрез Пин 1, е необходим за приложения, изискващи синхронизирани последователни схеми.Този системен часовник се захранва директно във входа на часовника D Flip-Flop на всеки изходен макро блок.По този начин, уверете се, че всички операции са определени с прецизност и последователност.Въпреки че тази функция подчертава възможностите на GAL16V8 при синхронни операции, липсата на поддръжка за асинхронни схеми може да ограничи приложението му в среда, където е необходима гъвкавост на времето.

Ефективно управление на състоянието на изхода -Изходният три състоятелен контролен терминал е разположен на щифт 11 и управлява изходното състояние на GAL16v8. Тази функция позволява да се поставят изходите в състояние с висок импеданс, улесняванериск от намеса на сигнала.Този механизъм за управление е ценен при много чип настройки, където различни компоненти трябва да си взаимодействат без конфликт.

Разширени функции

Разширен програмируем логически масив - The Heart of Gal Technology е неговият програмируем логически масив, комбиниращ програмируем и порти с фиксирани или порти.Това позволява на дизайнерите да регулират връзките, приспособявайки устройството за специфични логически функции.Тази адаптивност поддържа широк спектър от цифрови функции.Което го прави универсален и способен да обработва различни логически изисквания.

Динамична и или структура - GAL разполага с структура с множество и порти, водещи във фиксирани или порти.Конфигурацията на тези и портите определят сложните логически функции, които GAL може да изпълни.Дизайнерите използват езици за описание на хардуер като VHDL или Verilog за прецизно програмиране.Той улеснява сложното развитие на логическата схема в рамките на програмируема рамка.

Обширна програмируемост - Обширната програмируемост на GAL, чрез вътрешни връзки между и и или порти, позволява на дизайнерите да задават специфични логически операции.Разширените HDLS подпомагат тази гъвкавост, позволявайки подробни и точни дефиниции на схемата, подходящи за редица цифрови схеми.

Комбинирана логическа реализация - GAL превъзхожда прилагането на комбинирани логически вериги, където изходите директно зависят от входовете на тока без елементи на паметта.Това е благоприятно за приложенията, нуждаещи се от бърза и директна обработка и осигуряват бързи времена на реакция и надеждна ефективност в задачи в реално време.

Възможност за програмиране в системата - GALS поддържат програмиране в системата, като позволяват актуализации и модификации директно в рамките на веригата по време на фазата на развитие.Тази функция повишава гъвкавостта на дизайна, намалява времето за развитие и ускорява въвеждането на продуктовия пазар.

Универсалност между приложенията - Gals са адаптивни за различни приложения, от прототипиране до малки и средномащабни производство.Те са особено полезни в проекти, изискващи специфични логически функции - когато проектирането на персонализирана интегрална схема (IC) не е възможно.Тяхната гъвкавост се възползва от сектори като автомобилна, потребителска електроника и телекомуникации.

Боравене с сложност с нисък до среден клас - Въпреки че е ефективен за сложност с ниска до средна гама, Gals са по-малко подходящи за изключително сложни системи в сравнение с по-плътни устройства като FPGAS.Това е важно съображение за дизайнерите въз основа на сложността и ефективността на проекта.

Изчерпателни инструменти за развитие - Gals се предлагат с редица инструменти за разработка и HDL, необходими за програмиране, симулация и проверка на базирани на GAL системи.Тези инструменти оптимизират процеса на разработка.По този начин, гарантирайте прецизността и ефективността в производството на електронни устройства.

Ниска консумация на енергия - Известен с по-ниската консумация на енергия, Gals са изгодни в чувствителните към мощността приложения.Те насърчават енергийното опазване и удължават експлоатационния живот в устройства с батерия.

Общи приложения

Фигура 3: Цифрова логическа верига с помощта на Gal16v8 програмируемо логическо устройство

Generic Array Logic (GAL) устройства Разширените възможности и годността за сложни задачи са очевидни в следните приложения:

Разширен дизайн на цифрови схеми

Gals се използват в дизайна на цифрови вериги и изпълняват сложни логически функции, които преди това изискват множество устройства с фиксирана логика.Тази способност позволява по -компактни и ефективни дизайни на вериги, намаляване на отпечатъците на устройството и подобряване на производителността.Програмируемостта на Gals позволява използването в множество проекти без обширни запаси, намаляване на разходите и увеличаване на гъвкавостта на дизайна.Дизайнерите могат бързо да прилагат модификации.

Разработване на прототип

При разработването на прототип Gals предлагат предимства със своята препрограмируемост.Тази гъвкавост ускорява цикъла на развитие на прототипа, което позволява бързо тестване на функционалности и по -бързо въвеждане на пазара на нови технологии.Адаптивността на Gals е ценна за разработчиците, които постоянно итератират и подобряват техните дизайни.

Системи за управление

Gals се използват за контрол на системи, които управляват машини, превозни средства и друго сложно оборудване.Тази прецизност и надеждност са благоприятни в индустриите като Manufacturing & Automotive, където дори незначителните грешки могат да имат последствия.

Времеви вериги

Gals са полезни в схемите за време за сектори, изискващи точни поредици от времето, като телекомуникации и специализирано индустриално оборудване.Способността им да поддържат точността на времето подобрява целостта на системата, което е необходимо за прецизна синхронизация.

Автомобилни приложения

В автомобилния сектор Gals управляват функции, вариращи от системи за управление на двигателя до осветление и забавления в превозното средство.Тяхната способност да се справят с сложни логически операции отговарят на строгите изисквания на автомобилната електроника, изискваща издръжливост и висока производителност.Gals увеличават функционалността на превозното средство и опита на пътниците.

Потребителска електроника

Gals се използват широко в потребителската електроника, включително домашни уреди и конзоли за игри.Те подобряват производителността на устройството, като управляват различни функции.Следователно, гарантирайте оптимална ефективност и включване на разширени функции.Адаптивността и функционалността на GALS стимулират непрекъснатите иновации в потребителската електроника.

Телекомуникации

В телекомуникациите Gals ефективно маршрутизират сигнали и управляват трафика на данни.Тяхната програмируемост позволява адаптиране към различни изисквания за обработка на протоколи и сигнали, поддържащи стабилни и гъвкави комуникационни мрежи.

Индустриална автоматизация

В индустриалната автоматизация GALS контролира и оптимизира производствените линии, роботизираните оръжия и други автоматизирани процеси.Надеждността им подобрява производителността и подобрява ефективността в производствените настройки.

Сравнителен анализ

Програмируеми от полета масиви за порта (FPGA)

Фигура 4: Основи на FPGA

FPGA са по -сложни от устройствата за логика на генеричните масиви (GAL).Той разполага с богат набор от логически порти и конфигурируеми опции.Това позволява на FPGA да се справят с силно сложни дизайни и мащабна интеграция, способност, която по-простата структура на Gals не подкрепя.Плюс това, FPGA осигуряват превъзходна гъвкавост чрез програмируеми взаимовръзки и логически блокове, способни да изпълняват широк спектър от функции.За разлика от тях, Gals, с фиксираната си архитектура и ограничени препрограмируеми клетки, са по -подходящи за директни задачи.Разширената архитектура на FPGAS също води до по-висока производителност и годност за високоскоростни приложения, в сравнение с по-бавните възможности на Gals.Въпреки това, FPGAs обикновено идват с по -високи разходи и по -голяма консумация на енергия, отразявайки техните подобрени възможности.Докато Gals предлагат по-икономична и енергийно ефективна опция за по-прости приложения, когато разходите и мощността са необходими за разглеждане.

Сложни програмируеми логически устройства (CPLD)

Фигура 5: Функционален блок на CPLDS

CPLDS преодолява разликата между Gals & FPGAs, предлагайки повече сложност от Gals, но по -малко от FPGAS.Те предоставят повече логически ресурси в рамките на структурирана, но донякъде гъвкава архитектура.CPLD могат да управляват множество сложни логически функции едновременно с по -бързи скорости от Gals - което ги прави подходящи за по -взискателни приложения.Въпреки че консумират повече мощност от Gals, CPLD са по-енергийно ефективни от FPGAs, осигурявайки балансиран вариант по отношение на потреблението на енергия.Това прави CPLDs идеални за проекти, които надвишават способността на Gals, но не изискват високото инвестиране на ресурси, характерни за FPGAs, като се впишат удобно в ниши на междинна сложност.

Програмируема логика на масива (PAL)

Фигура 6: Програмируема логика на масива (PAL)

Устройствата за програмируеми масиви (PAL) обикновено са еднократни програмируеми, което ограничава гъвкавостта им, тъй като те не могат да бъдат преконфигурирани, след като бъдат програмирани.Това прави PALS подходящи за прости приложения, при които проектите на вериги не изискват модификации.За разлика от тях, Gals, използвайте езици за описание на хардуер за програмиране, предлагайте възможност за внедряване и актуализиране на по -сложни логически схеми чрез множество препрограми.Това повишава тяхната използваемост в динамични дизайнерски среди, където трябва да се задоволят развиващите се нужди.Следователно, PAL се използват най -добре в приложения, нуждаещи се от прости, статични логически замествания, докато Gals могат да се справят с по -сложни дизайни поради техния препрограмируем характер.Това им позволява да се развиват заедно с изискванията за приложение.

Програмируеми логически масиви (PLAs)

Фигура 7: Програмируеми логически масиви (PLAs)

Програмируемите логически масиви (PLAs) предлагат висока гъвкавост както с и или или порти, които надминават, които надминават фиксираната и конфигурация и програмируема или архитектура, наблюдавана в PALS и подобни структури в Gals.Подобно на приятели, PLAs често са еднократни програмируеми, което ограничава тяхната повторна употреба.За разлика от тях, Gals могат да бъдат програмирани многократно, осигурявайки по -голяма гъвкавост за модификации с развитието на проекта.PLAs са оптимални за приложения, изискващи високо персонализирани логически операции и връзки.Макар и по -малко гъвкави от PLAs, Gals все още са ефективни за по -малко сложни, но програмируеми изисквания за логическа верига.Gals предлагат практическо решение в много сценарии, които не изискват най -високите нива на персонализиране.

Предимства на използването на обща логика на масива

Устройствата за логика на Generic Array (GAL) предлагат множество предимства в дизайна на цифровите вериги.В сравнение с традиционната програмируема логика на масива (PAL), GAL устройствата се открояват със своите усъвършенствани технологии и превъзходни характеристики.

Gal устройствата могат да бъдат изтрити и препрограмирани многократно, за разлика от по-старите технологии, базирани на предпазители, които позволяват само еднократна употреба.Създадени с изтриваема CMOS технология, GAL устройствата могат да претърпят над 100 цикъла на програмиране и да осигурят на разработчиците значителна гъвкавост.Тази способност позволява итеративно усъвършенстване и еволюция на електронните дизайни, без да се нуждаят от физически промени в хардуера.По този начин намалете разходите за отпадъци и разработка.Тази препрограмируемост е полезна в динамичните индустрии с често променящи се технологични изисквания.

Конфигурируемата изходна макроклетъчна структура на GAL устройства позволява пригодени електронни дизайнерски решения.Тази структура може да подражава на различни конфигурации на изхода на PAL устройство, което позволява на един GAL да замени множество чипове в сложни системи.Подобна конфигурация опростява изискванията за хардуер, намалява разходите за инвентаризация и облекчава дизайнерските сложности.Дизайнерите на системата могат динамично да оптимизират производителността и ефективността на разходите, като се приспособяват към различни изисквания на проекта с лекота.Тази гъвкавост е безценна за дизайни и приложения за персонализирани вериги, изискващи специфични функционалности.

GAL устройствата се предлагат с възможности за криптиране за защита на интелектуалната собственост и предотвратяване на неразрешен достъп или дублиране на дизайни.В силно конкурентна индустрия тази функция за безопасност е необходима за поддържане на пазарното предимство.Чрез вграждането на сигурността директно в устройството, Gals помагат на компаниите да защитят своите инвестиции в развитие и да гарантират, че техните иновации остават собствени.

GAL устройствата включват специална зона за съхранение на електронно етикетиране, която може да съхранява идентификационни марки и други необходими данни.Тази функция е полезна за управление на големи запаси и устройства за проследяване в мащабни процеси за производство и дистрибуция.Електронните етикети подобряват логистичната ефективност, подобряват протоколите за сигурност и гарантират придържането към индустриалните стандарти, като правят информацията за устройството лесно достъпна и проверима.

Gals предлагат подобрена ефективност на мощността в сравнение с по -сложни програмируеми логически устройства.Тяхното по-ниско потребление на енергия е от полза за енергийните приложения, допринасящи за по-дългия живот на батерията в преносимите устройства и намаляване на топлинния стрес върху компонентите на системата.Тази ефективност подобрява екологичните идентификационни данни на GAL устройства и подобрява цялостното дълголетие на продуктите, в които се използват.

Предизвикателства и ограничения

Докато устройствата за логика на Generic Array (GAL) предлагат предимства за различни приложения, те също са изправени пред определени ограничения, които могат да повлияят на тяхната пригодност за сложни или високоефективни проекти.

Ограничена сложност и мащабируемост - GAL устройствата имат фиксиран брой логически клетки и вход/изходни щифтове, ограничавайки сложността на веригите, които могат да управляват.Това архитектурно ограничение ограничава използването им в усъвършенствани цифрови системи, изискващи обширни логически операции или мащабируемост.За сложни дизайни, нуждаещи се от стабилни логически решения, дизайнерите може да се наложи да използват множество GAL устройства или да преминат към по -способни устройства като CPLD или FPGA.Това може да усложни процеса на проектиране и да увеличи разходите и времето за разработка, тъй като сложността и броят на компонентите нарастват.

Ограничения на скоростта - GAL устройствата обикновено не съвпадат с оперативната скорост на по -усъвършенстваните програмируеми логически устройства поради структурни ограничения и проблеми с латентността в техните програмируеми елементи.При високоскоростни приложения като видео обработка или високочестотна търговия, по-бавната работа на Gals може да принуди дизайнерите да избират по-бързи алтернативи, които могат да бъдат по-скъпи, но могат да отговарят на необходимите скорости на обработка.

Загриженост за консумацията на енергия -Докато GALS са по-ефективни от FPGA, те може да не са толкова енергийно ефективни, колкото някои по-нови CPLD с ниска мощност или специални логически схеми, оптимизирани за чувствителни към мощността приложения.

В приложения като преносими или батерия, управлявани от батерии, използването на по-висока мощност на Gals може да бъде недостатък и потенциално да се отрази на функционалността и оперативните разходи.

Ограничения за препрограмиране - Въпреки че Gals са препрограмируеми, те имат ограничен брой цикли на препрограмиране преди износването от препрограмирането на тяхната функционалност.

В динамичните сектори, изискващи непрекъснати актуализации и модификации, като научноизследователска и развойна дейност, ограниченият капацитет за препрограмиране на Gals може да доведе до повишена честота на подмяна и свързаните с тях разходи.Намаляване на практическия живот и ефективността на разходите на Gals.

Рискове за остаряване - Бързият напредък в PLD технологиите като CPLDS & FPGAS, непрекъснато подобряват ефективността и ефективността на разходите, заплашва значимостта на GAL технологиите.Тази тенденция може да доведе до намаляване на наличността и поддръжката на GAL технологиите, поставяйки предизвикателства при снабдяването на хардуер, осигуряването на техническа поддръжка и намиране на съвместими инструменти и софтуер.Това може да възпира потенциалните нови потребители и да тласне съществуващите да преминат към по -съвременни технологии.

Предизвикателства с дизайна на мащабиране - Поради ограничените си възможности за интеграция, Gals могат да представляват предизвикателства при мащабиране на дизайна, за да отговорят на изискванията на по -големи, по -интегрирани системи.За проекти, изискващи висока мащабируемост, дизайнерите могат да предпочетат решения като FPGAs или технологии на System-on-Chip (SOC), които предлагат повече интеграция и могат да се справят с сложни задачи по-ефективно без логистичните и техническите ограничения, поставени от Gals.

Заключение

Устройствата за логика на Generic Array (GAL) са чудесни за много електронни проекти, тъй като могат да бъдат програмирани много пъти, са рентабилни и са полезни за околната среда.Въпреки че те са много полезни за широк спектър от задачи, те имат някои ограничения за работа с много сложни системи.Въпреки това, Gals все още са много важни за приготвянето на всичко - от прости таймери до сложни автомобилни системи и комуникационни устройства.Въпреки че технологията продължава да се променя, Gals и днес играят ключова роля, особено когато са необходими за намаляване на разходите и спестяване на енергия.Знанието какво могат и не могат да направят, помага на дизайнерите да направят по -добър избор в своите проекти за електроника.

Често задавани въпроси [FAQ]

1. Какво отличава GAL от традиционните фиксирани логически вериги?

Устройствата за логика на Generic Array (GAL) предлагат програмируемост, за разлика от традиционните фиксирани логически схеми, които са ограничени до специфични функции.Тази програмируемост позволява на един GAL да замени няколко фиксирани логически устройства.По този начин, спестяване на пространство и намаляване на хардуерната сложност в електронните дизайни.

2. Как работи програмирането на GAL?

Устройствата за програмиране на GAL включват използване на езици за описание на хардуер като VHDL или Verilog.Програмистите пишат код, за да определят желаните логически функции за GAL.След това този код се компилира и качва в GAL чрез устройство за програмиране.Процесът конфигурира вътрешните и и или портите в GAL, за да изпълни посочените операции.

3. Могат ли Gal устройствата да се използват за аналогови приложения?

GAL устройствата са предназначени за цифрови приложения и не са подходящи за аналогови задачи.Те управляват цифровите сигнали чрез програмируеми логически порти, които не са в състояние да обработват обхвата на непрекъснатия стойност, необходим за аналогови приложения.

4. Как GALS се справят с проблемите на сигурността?

GAL устройствата използват криптиране, за да осигурят програмираната логика срещу неоторизиран достъп или дублиране.Шифроването гарантира, че само оторизирани лица могат да имат достъп или да променят конфигурацията на GAL, като по този начин защитават дизайна.