أنواع الدوائر المنطقية القابلة للبرمجة

2. ‫منذ‬‫سنوات‬‫قريبة‬,‫يتطلب‬‫إنجاز‬‫نظام‬‫رقمي‬‫باستخدام‬‫الدوائر‬
‫المنطقية‬‫التقليدية‬‫عدد‬‫كبير‬‫من‬‫الدوائر‬‫المدمجة‬‫ترتبط‬‫بعضها‬
‫ببعض‬‫فوق‬‫لوح‬‫مطبوع‬‫ا‬ّ‫م‬‫م‬‫عطي‬ُ‫ي‬‫لإلنجاز‬‫حجما‬‫كبيرا‬‫ا‬ّ‫ي‬‫نسب‬‫و‬
‫تكلفة‬‫عالية‬‫باإلضافة‬‫إلى‬‫صعوبة‬‫تصحيح‬ّ‫أي‬‫خطأ‬‫مكن‬ُ‫ي‬‫أن‬‫يحدث‬
‫في‬‫التصميم‬.

3. ‫مع‬‫ظهور‬‫الدوائر‬‫ة‬ّ‫ي‬‫المنطق‬‫القابلة‬‫للبرمجة‬P.L.D
Programmable Logic Device‫أمكن‬‫إدماج‬‫عديد‬
‫الوظائف‬‫في‬‫دائرة‬‫واحدة‬‫ا‬ّ‫م‬‫م‬‫سمح‬‫بتقليص‬‫حجم‬‫الدائرة‬‫المطبوعة‬
‫وبالتالي‬‫الضغط‬‫على‬‫تكلفة‬‫المنتج‬‫باإلضافة‬‫إلى‬‫إمكانية‬‫إعادة‬
‫البرمجة‬‫ة‬ّ‫عد‬‫ات‬ّ‫مر‬‫طيلة‬‫العمر‬‫االفتراضي‬.
‫برمجة‬ ‫جهاز‬

4. ‫مكن‬ُ‫ي‬‫لبعض‬‫الدوائر‬‫برمجتها‬‫على‬‫الموقع‬‫أي‬‫على‬‫لوحها‬‫باستخدام‬
‫كايبل‬‫خاص‬JTAG‫طلب‬ُ‫ي‬‫من‬‫الشركة‬‫عة‬ّ‫ن‬‫ص‬ُ‫م‬‫ال‬.

5. ‫معظم‬‫الدوائر‬‫المنطقية‬‫القابلة‬‫للبرمجة‬‫تتبع‬‫الهيكلة‬‫التالية‬:
(1‫مجموعة‬‫بوابات‬AND‫مرتبطة‬‫رات‬ّ‫ي‬‫بمتغ‬‫الدخل‬‫و‬‫تمماتها‬ُ‫م‬
I)‫و‬Ī)
(2‫مجموعة‬‫بوابات‬OR‫والتي‬‫ترتبط‬‫مداخلها‬‫بمخارج‬‫بوابات‬
AND‫آنفة‬‫الذكر‬
(3‫مكن‬ُ‫ي‬‫أن‬‫نجد‬‫واجهات‬‫خرج‬‫من‬‫نوع‬‫آخر‬(‫بوابات‬‫نفي‬,‫منطق‬
‫ثالثي‬‫الحاالت‬,‫سجالت‬...)
‫ل‬ّ‫ث‬‫م‬ُ‫ت‬‫المجموعتان‬1)‫و‬2)‫مصفوفتان‬‫يكون‬‫الربط‬‫فيها‬‫قابال‬
‫للبرمجة‬

6. ‫مثال‬‫لمصفوفة‬OR‫قبل‬‫البرمجة‬:
‫ُصهر‬‫م‬Fuse

7. ‫مثال‬‫لمصفوفة‬OR‫بعد‬‫البرمجة‬:

8. ‫مثال‬‫لمصفوفة‬AND‫قبل‬‫البرمجة‬:

9. ‫مثال‬‫لمصفوفة‬AND‫بعد‬‫البرمجة‬:

10. ‫بما‬ّ‫أن‬‫المعادلة‬‫ة‬ّ‫ي‬‫المنطق‬‫لخرج‬‫ما‬‫مكن‬ُ‫ي‬‫أن‬‫كتب‬ُ‫ت‬‫على‬‫شكل‬
‫مجموع‬‫منطقي‬‫لحاصل‬‫ضرب‬‫متغيرات‬‫الدخل‬‫ستكون‬‫الهيكلة‬
‫العامة‬‫نة‬ ّ‫تكو‬ُ‫م‬‫من‬‫مصفوفة‬AND‫متبوعة‬‫بمصفوفة‬OR
‫مكن‬ُ‫ي‬‫و‬‫إلحدى‬‫المصفوفات‬‫أو‬‫كالهما‬‫قابلة‬‫للبرمجة‬.
‫مصفوفة‬
AND
‫مصفوفة‬
OR
‫المداخل‬
Inputs
‫الخرج‬
Output
‫توافقي‬ ‫منطقي‬ ‫نظام‬

11. ‫وفقا‬‫لطبيعة‬‫برمجة‬‫المصفوفتان‬AND‫و‬OR‫يوجد‬‫ثالث‬‫أنواع‬‫من‬‫الدوائر‬‫ة‬ّ‫ي‬‫المنطق‬
‫القابلة‬‫للبرمجة‬:
:‫للبرمجة‬ ‫قابلة‬ ‫فقط‬ ‫للقراءة‬ ‫ذاكرة‬ PROM
Programmable Read Only Memory
‫تكون‬‫المصفوفة‬AND‫ثابتة‬‫والمصفوفة‬OR‫قابلة‬‫للبرمجة‬.
‫عتبر‬ُ‫ت‬‫مصفوفة‬ِAND‫مفك‬‫عنوان‬‫يسمح‬‫ببرمجة‬‫المصفوفة‬OR‫صلة‬ّ‫ت‬‫الم‬‫بالمخارج‬.
‫ـــالحظة‬ُ‫م‬:‫هذا‬‫النوع‬‫من‬‫الذاكرات‬‫قابل‬‫للبرمجة‬‫ة‬ّ‫مر‬‫واحدة‬‫ويوجد‬‫أصناف‬
‫أخرى‬‫قابلة‬‫إلعادة‬‫البرمجة‬‫ة‬ّ‫عد‬‫ات‬ّ‫مر‬‫كــ‬:
UVPROM:ّ‫م‬‫يت‬‫المسح‬‫ا‬ّ‫ي‬‫ضوئ‬‫باستخدام‬‫األشعة‬‫ما‬‫فوق‬‫البنفسجية‬
EEPROM:ّ‫م‬‫يت‬‫المسح‬‫ا‬ّ‫ي‬‫كهربائ‬‫عن‬‫طريق‬‫المبرمج‬

12. ‫وفقا‬‫لطبيعة‬‫برمجة‬‫المصفوفتان‬AND‫و‬OR‫يوجد‬‫ثالث‬‫أنواع‬‫من‬‫الدوائر‬‫ة‬ّ‫ي‬‫المنطق‬
‫القابلة‬‫للبرمجة‬:
:‫للبرمجة‬ ‫قابلة‬ ‫منطقية‬ ‫مصفوفة‬ PAL
Programmable Array Logic
‫تكون‬‫المصفوفة‬AND‫قابلة‬‫للبرمجة‬‫والمصفوفة‬OR‫ثابتة‬.
‫ـــالحظة‬ُ‫م‬:‫هذا‬‫النوع‬‫من‬‫الدوائر‬‫قابل‬‫للبرمجة‬‫ة‬ّ‫مر‬‫واحدة‬‫يرتكز‬‫على‬‫مصفوفة‬‫من‬
‫المصهرات‬‫ال‬‫مكن‬ُ‫ي‬‫التراجع‬‫عن‬‫انصهارها‬‫و‬‫يعتمد‬‫في‬‫صنعه‬‫على‬‫التقنية‬‫ثنائية‬‫ة‬ّ‫ي‬‫القطب‬
‫ر‬ ّ‫طو‬‫المنتجون‬‫سخا‬ُ‫ن‬‫منه‬‫بتقنية‬CMOS‫قابلة‬‫إلعادة‬‫البرمجة‬‫طلق‬ُ‫أ‬‫عليها‬‫إسم‬
GALGeniric Array Logic‫مصفوفة‬‫منطقية‬‫عامة‬

13. ‫بمدخلين‬ ‫ة‬ّ‫ي‬‫منطق‬ ‫لـمصفوفة‬ ‫مثال‬A‫و‬B‫البرمجة‬ ‫قبل‬
‫ة‬ّ‫ي‬‫المنطق‬ ‫المعادلة‬ ‫تتسع‬Z‫أقصى‬ ّ‫د‬‫كح‬ ‫أطراف‬ ‫لثالث‬

14. ‫التوصيالت‬ ‫استخدام‬ ‫للبرمجة‬ ‫القابلة‬ ‫المصفوفات‬ ‫رسم‬ ‫في‬ ‫ا‬ّ‫ي‬‫عمل‬ ‫الشائع‬ ‫من‬
‫كالتالي‬ ‫التعقيدات‬ ‫لتالفي‬ ‫الخط‬ ‫أحادية‬:
‫لــ‬ ‫ُكافئ‬‫م‬
‫لــ‬ ‫ُكافئ‬‫م‬

15. ‫برمجتها‬ ‫بعد‬ ‫المصفوفة‬
‫سليم‬ ‫مصهر‬
‫منصهر‬ ‫مصهر‬

16. ‫وفقا‬‫لطبيعة‬‫برمجة‬‫المصفوفتان‬AND‫و‬OR‫يوجد‬‫ثالث‬‫أنواع‬‫من‬‫الدوائر‬‫ة‬ّ‫ي‬‫المنطق‬
‫القابلة‬‫للبرمجة‬:
:‫للبرمجة‬ ‫قابلة‬ ‫منطقية‬ ‫مصفوفة‬ PLA
Programmable Logic Array
‫كلتا‬‫المصفوفتان‬AND‫و‬OR‫قابلة‬‫للبرمجة‬.
‫ـــالحظة‬ُ‫م‬:‫هذا‬‫النوع‬‫من‬‫الدوائر‬‫موجود‬‫بنسبة‬‫قليلة‬‫نظرا‬‫للضغوطات‬‫الحرارية‬‫على‬
‫الدائرة‬‫لوجود‬ّ‫م‬‫ك‬‫كبير‬‫من‬‫المصهرات‬‫على‬‫مستوى‬‫المصفوفتين‬AND‫و‬OR
‫والحتياجه‬‫لوقت‬‫أطول‬‫في‬‫البرمجة‬.

17. ‫لتعريف‬‫المصفوفات‬‫القابلة‬‫للبرمجة‬‫الموزعة‬‫ا‬ّ‫ي‬‫تجار‬‫ستخدم‬ُ‫ت‬‫رموزا‬‫كالتالي‬:
XXX XX XX X XX X X X X X
‫العائلة‬
‫التقنية‬
‫المداخل‬ ‫عدد‬
‫المخارج‬ ‫نوع‬
‫المخارج‬ ‫عدد‬ ‫القدرة‬ ‫السرعة‬ ‫العلبة‬ ‫الصنف‬

18. ‫مثال‬:
PAL CE 22 V 10 H 25 P C X
‫العائلة‬
CmosElectrically erasable
‫المداخل‬ ‫عدد‬/‫المخارج‬ ersatileV
‫المخارج‬ ‫عدد‬
alf PowerH
(Icc<150mA) ns25
lasticP ‫تجاري‬
0°C to +75°C

22. ‫الحظات‬ُ‫م‬:
‫مكن‬ُ‫ي‬‫أن‬‫نجد‬‫في‬‫بعض‬‫المصفوفات‬‫إرجاعا‬‫لبعض‬‫المخارج‬‫على‬‫المداخل‬
(‫استخدامها‬‫في‬‫إنجاز‬‫النظم‬‫التعاقبية‬).
‫في‬‫العام‬‫تكون‬‫تكون‬‫المخارج‬‫من‬‫نوع‬‫المنطق‬‫ثالثي‬‫الحاالت‬‫وتكون‬‫هذه‬
‫الخاصية‬‫قابلة‬‫للبرمجة‬
‫في‬‫بعض‬‫المصفوفات‬‫مكن‬ُ‫ي‬‫أن‬‫تكون‬‫المخارج‬‫رتبطة‬ُ‫م‬‫بقالبات‬‫من‬‫نوع‬
D‫أو‬T.
ّ‫م‬‫تت‬‫ة‬ّ‫ي‬‫عمل‬‫التصميم‬‫والبرمجة‬‫باالعتماد‬‫على‬‫برمجيات‬‫خاصة‬(‫من‬
‫ع‬ّ‫ن‬‫المص‬)‫أو‬‫برامج‬‫تصميم‬‫الدوائر‬‫االلكترونية‬‫كـ‬ORCAD, Protel,
Isys....‫نحصل‬‫في‬‫النهاية‬‫على‬‫ملف‬‫بامتداد‬Jedec‫ستخدم‬ُ‫ي‬‫لبرمجة‬
‫الشريحة‬.

23. ‫الدائرة‬ ‫من‬ ‫صنف‬ ‫مخارج‬ ‫مثال‬GAL 16V8..

24. ‫الملف‬ ‫شكل‬Jedec

25. ‫آيل‬ ‫وحاسب‬ ‫مربمج‬ ‫باستخدام‬ ‫للربجمة‬ ‫القابلة‬ ‫ائر‬‫و‬‫الد‬ ‫برجمة‬
‫البرمجة‬ ‫قبل‬ ‫الدائرة‬
‫البرمجة‬ ‫بعد‬ ‫الدائرة‬

26. ‫للربجمة‬ ‫القابلة‬ ‫كبة‬‫املر‬ ‫املنطقية‬ ‫ائر‬‫و‬‫الد‬CPLD
‫القابلة‬ ‫البسيطة‬ ‫ّة‬‫ي‬‫المنطق‬ ‫الدوائر‬ ‫ّى‬‫م‬‫ُس‬‫ي‬ ‫اآلن‬ ّ‫د‬‫ح‬ ‫إلى‬ ‫إليه‬ ‫تطرقنا‬ ‫ما‬
ٍ ‫للبرمجة‬Simple Programmable Logic Device
SPLD.
‫عديد‬ ‫على‬ ‫داخلها‬ ‫وتشتمل‬ ‫را‬ ّ‫تطو‬ ‫أكثر‬ ‫أخرى‬ ‫ُركبة‬‫م‬ ‫دوائر‬ ‫ُوجد‬‫ي‬
‫هذه‬ ‫بين‬ ‫توصيل‬ ‫شبكة‬ ‫جانب‬ ‫إلى‬ ‫للبرمجة‬ ‫القابلة‬ ‫البسيطة‬ ‫الدوائر‬
‫كذلك‬ ‫للبرمجة‬ ‫قابة‬ ‫الدوائر‬.

27. ‫للربجمة‬ ‫القابلة‬ ‫كبة‬‫املر‬ ‫املنطقية‬ ‫ائر‬‫و‬‫الد‬CPLD

28. ‫للربجمة‬ ‫القابلة‬ ‫ة‬ّ‫احلقلي‬ ‫الشبكات‬FPGA
Field Programmable Gate Array
‫عتبر‬ُ‫ت‬‫هذه‬‫الدوائر‬‫من‬‫أكثر‬‫الدوائر‬‫تعقيدا‬‫وتشتمل‬‫على‬
‫ماليين‬‫البوابات‬‫ّة‬‫ي‬‫المنطق‬‫في‬‫شكل‬‫خاليا‬‫ّة‬‫ي‬‫منطق‬‫ُركبة‬‫م‬‫قابلة‬
‫للتشكيل‬‫ّا‬‫ي‬‫برمج‬.‫ترتبط‬‫هاته‬‫الخاليا‬‫بعضها‬‫ببعض‬‫عن‬
‫طريق‬‫شبكة‬‫ّة‬‫ي‬‫داخل‬‫من‬‫التوصيالت‬‫قابلة‬‫ل‬ّ‫ك‬‫للتش‬‫ّا‬‫ي‬‫برمج‬

29. ‫للربجمة‬ ‫القابلة‬ ‫ة‬ّ‫احلقلي‬ ‫الشبكات‬FPGA
Field Programmable Gate Array

30. ‫التصميم‬-‫البرمجيات‬
‫خاصة‬ ‫غات‬ُ‫ل‬ ‫على‬ ‫للبرمجة‬ ‫القابلة‬ ‫ّة‬‫ي‬‫المنطق‬ ‫الدوائر‬ ‫تصميم‬ ‫في‬ ‫ُعتمد‬‫ي‬‫ة‬ّ‫ي‬‫نص‬‫الدوائر‬ ‫لتوصيف‬:
•VHDL:‫السرعة‬ ‫فائقة‬ ‫المتكاملة‬ ‫للدوائر‬ ‫الصلب‬ ‫العتاد‬ ‫لتوصيف‬ ‫قياسية‬ ‫برمجة‬ ‫لغة‬
Very high speed integrated circuit Hardware Description Language
(‫مقياس‬(IEEE1076-1987‫و‬IEEE1164-1993
Verilog:
‫للبرمجة‬ ‫القابلة‬ ‫الدوائر‬ ‫لبرمجة‬ ‫قياسية‬ ‫توصيف‬ ‫لغة‬(‫مقياس‬(IEEE1364-1995
:
ABEL:Advanced Boolean Equation Language
‫ّة‬‫ي‬‫المنطق‬ ‫للمعادالت‬ ‫متقدمة‬ ‫لغة‬,‫للبرمجة‬ ‫القابلة‬ ‫ّة‬‫ي‬‫المنطق‬ ‫الدوائر‬ ‫توصيف‬ ‫في‬ ‫ستخدم‬ُ‫ت‬

31. ‫التصميم‬-‫البرمجيات‬
‫أدوات‬ ‫ة‬ّ‫د‬‫ع‬ ‫نجد‬ ‫ّة‬‫ي‬‫النص‬ ‫اللغات‬ ‫جانب‬ ‫إلى‬‫جرافيكية‬‫بعضها‬ ‫الدوائر‬ ‫هذه‬ ‫بتصميم‬ ‫تسمح‬
‫الدوائر‬ ‫مصنعي‬ ‫من‬ ‫متأتي‬:

32. ‫التصميم‬-‫البرمجيات‬
‫لتصميم‬ ‫مكتبات‬ ‫المطبوعة‬ ‫الدوائر‬ ‫تصميم‬ ‫برمجيات‬ ‫أغلب‬ ‫تعتمد‬ ‫كما‬‫منطقية‬ ‫دوائر‬
‫مصنعين‬ ‫ة‬ّ‫د‬‫لع‬ ‫للبرمجة‬ ‫قابلة‬: