Appareils programmables

Les appareils programmables désignent des circuits intégrés contenant une mémoire interne ou des registres pouvant être configurés pour en simplifier le fonctionnement. La plupart des périphériques peuvent être considérés comme programmables dans la mesure où ils contiennent des registres internes permettant leur configuration par un pilote (contrôleur Ethernet MAC et PHY).

La plupart des microcontrôleurs ont une mémoire interne qu'il est possible de programmer pour prendre en charge le logiciel utilisé. On peut programmer une mémoire flash non volatile parallèle ou série et des technologies similaires afin de conserver la configuration même en cas de coupure de courant. D'autres microcontrôleurs et microprocesseurs possèdent une mémoire ROM configurable nécessitant un photomasquage et donc, des services d'ingénierie associés (NRE).

Les appareils programmables font généralement référence aux puces des circuits logiques configurables. Citons notamment les appareils logiques programmables par l'utilisateur (FPGA), les appareils logiques programmables complexes (CPLD) et les appareils logiques programmables (PLD, PLA, PAL, GAL). Certains dispositifs constituent un équivalent analogique, comme les réseaux analogiques programmables par l'utilisateur. Ces dispositifs proposent systématiquement un grand nombre d'options de programmation et peuvent inclure une mémoire flash interne pour stocker les données de configuration. Ces interfaces de programmation comprennent des connexions en série et en parallèle vers une mémoire externe non volatile, un bus relié à un microcontrôleur ou un câble JTAG directement branché à un ordinateur pour procéder à des téléchargements et au débogage en cours de développement.

Les appareils FPGA contiennent des réseaux de blocs logiques configurables interconnectés par le biais de matrices de commutation configurables. Ils peuvent également contenir une mémoire, un traitement numérique du signal, une interface mémoire, un émetteur-récepteur et des modules d'horloge configurables, qu'il est possible de relier aux blocs logiques. Les éléments logiques (également appelés cellules logiques ou blocs logiques complexes) sont disposés en matrices plus grandes (blocs de matrices logiques) pour réaliser des fonctions logiques complexes. Leurs groupes d'E/S très souples peuvent être configurés pour prendre en charge différentes tensions et normes de bus. Des contrôleurs de mémoire ou des processeurs spéciaux se trouvent parfois sur la puce afin de se connecter à la logique câblée. Les appareils CPLD et PLD constituent des versions bien plus simples que les dispositifs FPGA et intègrent généralement une mémoire non volatile pour effectuer une configuration automatique à la mise sous tension.

La logique interne et la configuration des appareils FPGA et CPLD sont généralement effectuées au démarrage par un processus de chargement de type registre à décalage en série, qui définit une couche invisible de registres pour configurer des multiplexeurs et des connexions logiques. Cette image de configuration est compilée par des outils logiciels sophistiqués qui interprètent les schémas ou le langage machine. Les descriptions sont analysées, optimisées et synthétisées en listes d'interconnexions. Cette liste d'interconnexions est ensuite envoyée vers les ressources physiques du dispositif particulier selon un processus de mappage, d'ajustage, de planification de masse et d'optimisation afin de respecter les exigences de minutage du circuit.