Programmierbare Logik Bausteine ermöglichen es, die Funktionalität eines Chips selbst fest zu legen. Dadurch lassen sich sehr schnell digitale Systeme entwickeln, die als Prototypen für spätere Serienprodukte oder als experimentelle Aufbauten zu Forschungszwecken genutzt werden können.

Logikfamilien

Am IND werden verschiedenen Logikfamilien der Firma Altera eingesetzt.

MAX7000-Familie

• produkttermbasiert Makrozellen
• EEPROM-basiert (nicht flüchtige Programmierung)
• 32 bis 256 Makrozellen / Chip
• 600 bis 5000 Gatteräquivalente
• 36 bis 164 I/O-Pins

FLEX10k-Familie

• Look Up Table(LUT)-basierte Logikzellen
• SRAM-basiert (flüchtige Programmierung)
• 576 bis 12.160 Logikzellen / Chip
• 10.000 bis 250.000 Gatteräquivalente
• 134 bis 470 I/O-Pins

APEX20k-Familie

• Look Up Table(LUT)-basierte Logikzellen
• SRAM-basiert (flüchtige Programmierung)
• 1.200 bis 51.840 Logikzellen / Chip
• 30.000 bis 1.500.000 Gatteräquivalente
• 128 bis 808 I/O-Pins

Software

Aus den Netzlisten, die ein Synthese-Werkzeug erstellt, erstellt nun ein "Place and Route"-Werkzeug die Progammierdateien für den jeweiligen Baustein. Für die Bausteine von Altera werden beim IND die Programme Quartus und Max+Puls II eingesetzt.

Experimentierplattformen

Flex-10k-Adapterplatine

Für anspruchsvolle Entwürfe, die umfangreich und schnell sein sollen, benötigt man programmierbare Logikbausteine, die recht teuer sind. Um diese nach dem Einsatz in einem Projekt wieder nutzen zu können, wurde am IND eine Adapterplatine entwickelt, die die Ein- und Ausgangspins des Bausteins auf Steckern zur Verfügung stellt. Diese Adapterplatine wird dann auf projektspezifische Platinen aufgesteckt.

Sie enthält:

• Einen Baustein der Altera FLEX10K-Familie
• Vielploige Steckverbinder
• Eine Ladeschaltung mit Eprom zur Konfiguration des FLEX10k-Bausteins
• Sockel für Quarzoszillator zur variablen Festlegung der Systemfrequenz

System-On-a-Programmable-Chip-Board

Um Systeme mit sehr hohen Taktraten realisieren zu können, muss nicht nur ein schneller programmierbarer Baustein eingesetzt werden, sondern es müssen auch die Peripherie-Bausteine in adäquater Weise angebunden werden. Dazu wurde am Institut für Nachrichtenvermittlung und Datenverarbeitung eine Platine angeschafft, die einem schnelle APEX20KE-Baustein sehr viele Peripheriekomponenten zur Verfügung stellt:

• 64MB SDRAM
• 4MB Flash memory
• 2x 1MB Cache Memory
• Schnittstellen:
  • 10/100 Mb-Ethernet
  • USB
  • IEEE 1394
  • Maus
  • Tastatur
  • VGA-Anschluss
  • RS-232
  • Drucker-Anschluss
• Erweiterungsstecker für eigene Platinen

Diese Platinen werden für Studien- und Diplomarbeiten eingesetzt.

Modellprozessor

Für das Praktikum Datenverarbeitung wurde am IND ein Prozessor für Lehrzwecke entworfen. Dieser Modellprozessor ermöglicht es, in die einzelnen Elemente eines Prozessor "hinein zu sehen" und auch die Abläufe im Prozessor selbst zu beeinflussen. Realisiert wurde das System durch Einschubkarten, die jeweils eine Funktionseinheit des Prozessors bilden. Die Funktionalität der Einheit wird vollständig durch programmierbare Logikbausteine bestimmt. Diese Bausteine können im Praktikum selbst programmiert werden. Dies fördert zum einen das Verständnis für die Funktion eines Prozessors und zum andern wird der Umgang mit programmierbarer Logik vertieft.