Az FPGA kifejezés a Field Programmable Gate Array kifejezést jelenti, és ez egyfajta félvezető logikai chip amely beprogramozható szinte bármilyen rendszerré vagy digitális áramkörré, hasonlóan a PLD-khez. A PLDS több száz kapura korlátozódik, de az FPGA több ezer kaput támogat. Az FPGA architektúra konfigurációját általában egy nyelv, azaz a HDL (Hardware Description Language) segítségével határozzák meg, amely hasonló az ASIC-hez (Application Specific Integrated Circuit).

Terepi programozható kaputömbök

Az FPGA-k számos előnyt nyújthatnak egy fix funkciójú ASIC technológiával, például a standard cellákkal szemben. Általában az ASIC-ok gyártása hónapokba telik, és ezek költsége dollár ezer dollár lesz az eszköz megszerzéséhez. De az FPGA-k kevesebb, mint egy másodperc alatt készülnek, a költségek néhány dollártól ezer dollárig terjednek. Az FPGA rugalmas jellege jelentős költségterületet, energiafogyasztást és késést jelent. Összehasonlítva egy szokásos cellás ASIC-vel, az FPGA 20-35-szer nagyobb területet igényel, és a sebesség teljesítménye 3-4-szer lassabb lesz, mint az ASIC. Ez a cikk az FPGA alapjairól és az I / O padot, logikai blokkokat és kapcsoló mátrixot tartalmazó FPGA architektúra modulról ír le. Az FPGA-k a VLSI új trendterületei. Ezért ezeket használják a VLSI alapú projektek elektronikai mérnökhallgatók számára .

“régebbi 10base2 ethernet hálózattal dolgozik ”

FPGA architektúra

Az általános FPGA architektúra három típusú modulból áll. Ezek I / O blokkok vagy Padok, Switch Matrix / Összekapcsolási vezetékek és konfigurálható logikai blokkok (CLB). Az alap FPGA architektúra kétdimenziós logikai blokk tömbökkel rendelkezik, amely lehetővé teszi a felhasználó számára a logikai blokkok közötti összeköttetés megszervezését. Az FPGA architektúra modul funkcióit az alábbiakban tárgyaljuk:

A CLB (konfigurálható logikai blokk) digitális logikát, bemeneteket, kimeneteket tartalmaz. Megvalósítja a felhasználói logikát.
Az összekapcsolások irányt adnak a logikai blokkok között a felhasználói logika megvalósításához.
A logikától függően a kapcsoló mátrix biztosítja a kapcsolatot az összekapcsolások között.
A külvilág számára használt I / O padok különböző alkalmazásokkal való kommunikációhoz.

FPGA architektúra

A logikai blokk tartalmazza MUX (Multiplexer) , D flip flop és LUT. A LUT végrehajtja azokat a kombinációs logikai funkciókat, amelyeket a MUX használ a kiválasztási logikához, és a D flip flop tárolja az LUT kimenetét

Az FPGA alapvető építőköve a Look Up Table alapú funkciógenerátor. A LUT-ba történő bemenetek száma a 3,4,6, sőt a kísérletek után 8-tól is változik. Most adaptív LUT-jaink vannak, amelyek két LUT-onként két kimenetet biztosítanak, két funkciógenerátor megvalósításával.

FPGA logikai blokk

A Xilinx Virtex-5 a legnépszerűbb FPGA, amely a MUX-hoz kapcsolódó Look Up Table-t (LUT) és egy flip-flopot tartalmaz, amint fentebb említettük. A jelenlegi FPGA körülbelül száz vagy ezer konfigurálható logikai blokkból áll. Az FPGA konfigurálásához a Modelsim és a Xilinx ISE szoftvereket használnak bitfolyam fájlok előállításához és fejlesztéshez.

Az FPGA típusok az alkalmazások alapján

A terepi programozható kaputömbök három típusba sorolhatók alkalmazások alapján, mint például alacsony kategóriájú FPGA, középkategóriás FPGA és csúcskategóriás FPGA.

“egypólusú egydobós kapcsoló diagram ”

Az FPGA típusok

Alacsony végű FPGA-k

Az ilyen típusú FPGA-kat alacsony energiafogyasztáshoz, alacsony logikai sűrűséghez és chipenkénti alacsony komplexitáshoz tervezték. Alacsony végű FPGA-k például a Cyclone család az Alterától, a Spartan család a Xilinx-től, a fúziós család a Microsemitől és a Mach XO / ICE40 a Lattice félvezetőtől.

Középkategóriás FPGA-k

Az ilyen típusú FPGA-k jelentik az optimális megoldást az alacsony és a csúcskategóriás FPGA-k között, és ezeket a teljesítmény és a költség egyensúlyaként fejlesztik ki. Középkategóriás FPGA-k például az Arria az Alterától, az Artix-7 / Kintex-7 sorozat a Xlinix-től, az IGL002 a Microsemi-tól, valamint az ECP3 és ECP5 sorozat a Lattice félvezetőtől.

Felső szintű FPGA-k

Az ilyen típusú FPGA-kat a logikai sűrűség és a nagy teljesítmény érdekében fejlesztették ki. A csúcskategóriás FPGA-k közé tartozik az Altera-ból származó Stratix család, a Xilinx-ből származó Virtex-család, az Achronix-től származó Speedster 22i-család és a Microsemi ProASIC3-családja.

Az FPGA alkalmazásai:

Az FPGA-k az elmúlt évtizedben gyorsan növekedtek, mert sokféle alkalmazásban hasznosak. Az FPGA speciális alkalmazása magában foglalja a digitális jelfeldolgozást, a bioinformatikát, az eszközvezérlőket, a szoftver által definiált rádiót, a véletlenszerű logikát, az ASIC prototípusokat, az orvosi képalkotást, a számítógépes hardver emulációt, több SPLD integrálását, hangfelismerés , titkosítás, szűrés és kommunikációs kódolás és még sok más.

Általában az FPGA-kat bizonyos vertikális alkalmazásoknál tartják, ahol a termelési mennyiség kicsi. Ezekért a kis volumenű alkalmazásokért a legnépszerűbb vállalatok hardverköltségeket fizetnek egységenként. Mára az új teljesítménydinamika és a költségek kibővítették az életképes alkalmazások körét.

Az FPGA alkalmazásai

Néhány gyakoribb FPGA-alkalmazás: Repülés és védelem, Orvosi elektronika, ASIC prototípus készítés, Hang, Autóipar, Műsorszórás, Fogyasztói elektronika, Elosztott monetáris rendszerek, Adatközpont, Nagy teljesítményű számítástechnika, Ipari, Orvosi, Tudományos műszerek, Biztonsági rendszerek , Video- és képfeldolgozás, vezetékes kommunikáció, Vezeték nélküli kommunikáció .

“típusú hiba a kísérletben ”

FPGA alapú projektötletek:

Az alábbiakban felsoroljuk az FPGA-alapú projektötleteket a Verilog HDL és VHDL kísérletezéséhez az utolsó éves mérnökhallgatók számára. A elektronikus projektötletek listája az FPGA alapján:

FPGA alapú projektötletek

FPGA alapú biztonsági bejelentkezési rendszer
FPGA alapú digitális hallássegítő CHIP
FPGA alapú valós idejű képfunkció-kibontó architektúra
Mp4 dekóderek FPGA alapú tervezése és megvalósítása
FPGA alapú Forgalomjelző rendszer Tervezés és kivitelezés
FPGA alapú nagyfrekvenciás vivőgenerálás pulzustömörítéshez kordos algoritmus segítségével
Programozható logikai blokk tervezése és szintézise makro kapuval és vegyes LUT-tal
Alkalmazás-specifikus utasításkészlet Processzor tervezése, megvalósítása és tanulmányozása egy adott DSP-feladathoz
Szinkronizáló egység tervezése és megvalósítása a WCDMA Uplink vevőhöz
FPGA FFT algoritmus megvalósítása az IEEE 802.16e (mobil WiMAX) számára
FPGA alapú tervezés GPS (globális helymeghatározó rendszer) -GSM (globális rendszerek a mobilokhoz) mobil navigátor
Hely vektor PWM (impulzusszélesség-moduláció) háromszintű átalakítók esetében: LabVIEW megvalósítás
Programozható többprocesszoros platform tervezése és megvalósítása nagy teljesítményű beágyazott feldolgozáshoz
Nagy teljesítményű processzor optimalizálás kiterjesztése és fejlesztése az FPGA-k számára
Terepi irányítású fejlesztés és értékelés a LabVIEW FPGA segítségével
Közvetlen digitális frekvencia szintézis FPGA-k
Tervezzen és programozzon többprocesszoros platformot a nagy teljesítményű beágyazott feldolgozáshoz
Terepi programozású számláló tömbök űrkutatásának tervezése és integrálása FPGA segítségével
Az Icecube teleszkóp FPGA megvalósítása a neutrino pálya detektálásához
3D-s interpoláció a firmware-ben
MIMO Sphere rendszer felépítése és megvalósítása
Szuperskaláris energiahatékony FFT (Fast Fourier Transform) architektúra
lineáris visszacsatolás-regiszter (LFSR) Teljesítmény-optimalizálás alacsony fogyasztású BIST-hez

Miután értékes időt töltött ezzel a cikkel, úgy gondoljuk, hogy jó ötlete van az FPGA architektúrájáról, és arról, hogy az FPGA alapú projektötletek közül kiválasztja-e a kívánt témát, és reméljük, hogy elegendő önbizalommal rendelkezik bármely témához. a listáról. A projektekkel kapcsolatos további részletekért és segítségért írjon nekünk az alábbi megjegyzések részben.

Fotók: