Izraz FPGA označava Field Programmable Gate Array i to je jedna vrsta poluvodički logički čip koji se mogu programirati da postanu gotovo bilo koja vrsta sustava ili digitalnog sklopa, slično PLD-ovima. PLDS su ograničeni na stotine vrata, ali FPGA podržavaju tisuće vrata. Konfiguracija FPGA arhitekture općenito se navodi pomoću jezika, tj. HDL-a (jezik opisa hardvera) koji je sličan onom koji se koristi za ASIC (integrirani krug specifičan za aplikaciju).

Programirani nizovi vrata

FPGA mogu pružiti brojne prednosti u odnosu na ASIC tehnologiju s fiksnom funkcijom, poput standardnih ćelija. Obično se proizvodnji ASIC-a trebaju mjeseci, a njihov trošak koštat će tisuće dolara da bi se nabavio uređaj. Ali, FPGA se izrađuju za manje od sekunde, trošak će iznositi od nekoliko dolara do tisuću dolara. Fleksibilna priroda FPGA dolazi u značajnom području troškova, potrošnje energije i kašnjenja. U usporedbi sa standardnim ASIC ćelijskim sustavom, FPGA zahtijeva 20 do 35 puta više područja, a performanse brzine bit će 3 do 4 puta sporije od ASIC-a. Ovaj članak opisuje osnove FPGA i modul FPGA arhitekture koji uključuje I / O podlogu, logičke blokove i matricu prekidača. FPGA su neka od novih trendovskih područja VLSI-a. Stoga se ovi koriste u VLSI projekti za studente elektroničkog inženjerstva .

“što je osigurač tipa d ”

FPGA arhitektura

Općenita FPGA arhitektura sastoji se od tri vrste modula. To su I / O blokovi ili jastučići, matrice prekidača / žice za međusobno povezivanje i konfigurabilni logički blokovi (CLB). Osnovna FPGA arhitektura ima dvodimenzionalni niz logičkih blokova s načinom na koji korisnik može organizirati međusobnu povezanost između logičkih blokova. U nastavku se raspravlja o funkcijama modula FPGA arhitekture:

CLB (konfigurabilni logički blok) uključuje digitalnu logiku, ulaze i izlaze. Provodi logiku korisnika.
Međusobne veze pružaju smjer između logičkih blokova za provedbu korisničke logike.
Ovisno o logici, matrica prekidača omogućuje prebacivanje između međusobnih veza.
I / O jastučići koji se koriste za vanjski svijet za komunikaciju s različitim aplikacijama.

FPGA arhitektura

Logic Block sadrži MUX (Multiplexer) , D japanka i LUT. LUT implementira kombinacijske logičke funkcije, a MUX se koristi za logiku odabira, a D flip flop pohranjuje izlaz LUT-a

Osnovni građevni blok FPGA-e je generator funkcija temeljen na tablici potrage. Broj ulaza u LUT varira od 3,4,6, pa čak i 8 nakon eksperimenata. Sada imamo prilagodljive LUT-ove koji pružaju dva izlaza po jednom LUT-u uz implementaciju dva generatora funkcija.

FPGA logički blok

Xilinx Virtex-5 najpopularniji je FPGA koji sadrži tablicu za pretraživanje (LUT) koja je povezana s MUX-om i japanku kao što je gore rečeno. Sadašnji FPGA sastoji se od stotina ili tisuća podesivih logičkih blokova. Za konfiguriranje FPGA softvera Modelsim i Xilinx ISE koriste se za generiranje bitstream datoteke i za razvoj.

Vrste FPGA-a na temelju aplikacija

Polji koji se mogu programirati na terenu klasificiraju se u tri vrste na temelju aplikacija kao što su FPGA nižeg ranga, FPGA srednje klase i FPGA visoke klase.

“kolika je valna duljina vala? ”

Vrste FPGA-a

Low FPGAs

Ove su vrste FPGA dizajnirane za malu potrošnju energije, nisku logičku gustoću i malu složenost po čipu. Primjeri nižih FPGA-a su obitelj Cyclone iz Altere, obitelj Spartan iz Xilinxa, obitelj fuzije iz Microsemija i Mach XO / ICE40 iz poluprovodnika Lattice.

FPGA srednje klase

Ove vrste FPGA-a optimalno su rješenje između FPGA-a nižeg i visokog razreda i one su razvijene kao ravnoteža između performansi i troškova. Primjeri FPGA srednjeg dometa su Arria iz Altere, Artix-7 / Kintex-7 iz Xlinixa, IGL002 iz Microsemi i ECP3 te ECP5 iz poluređačkih rešetki.

Vrhunski FPGA

Ove vrste FPGA-a razvijene su za logičku gustoću i visoke performanse. Primjeri vrhunskih FPGA-a su obitelj Stratix iz Altere, obitelj Virtex iz Xilinxa, obitelj Speedster 22i iz Achronixa i obitelj ProASIC3 iz Microsemija.

Primjene FPGA:

FPGA-i su u posljednjem desetljeću brzo zabilježili rast jer su korisni za širok raspon primjena. Specifična primjena FPGA uključuje digitalnu obradu signala, bioinformatiku, kontrolere uređaja, softverski definirani radio, slučajnu logiku, prototipiranje ASIC-a, medicinsko slikanje, računalnu hardversku emulaciju, integriranje više SPLD-ova, prepoznavanje glasa , kriptografija, filtriranje i kodiranje komunikacije i još mnogo toga.

Obično se FPGA čuvaju za određene vertikalne primjene u kojima je opseg proizvodnje mali. Za ove aplikacije male količine vodeće tvrtke plaćaju hardverske troškove po jedinici. Danas su nova dinamika performansi i troškovi proširili raspon održivih aplikacija.

Primjene FPGA-e

Neke uobičajenije FPGA aplikacije su: zrakoplovna i obrambena industrija, medicinska elektronika, ASIC prototipiranje, audio, automobilska industrija, emitiranje, potrošačka elektronika, distribuirani monetarni sustavi, podatkovni centar, računarstvo visokih performansi, industrijski, medicinski, znanstveni instrumenti, Sigurnosni sustavi , Obrada videozapisa i slika, žičana komunikacija, Bežične komunikacije .

“elektronički sklopovi projekti dijagrami besplatni ”

Ideje za projekt temeljene na FPGA:

Evo popisa projektnih ideja temeljenih na FPGA za eksperimentiranje s Verilog HDL i VHDL za studente završnih godina inženjerstva. The popis ideja za elektroničke projekte zasnovan na FPGA dat je u nastavku:

Ideje za projekt temeljene na FPGA-i

Sigurnosni sustav za prijavu zasnovan na FPGA
FIPGA zasnovan digitalni slušni aparat CHIP
Arhitektura izdvajanja značajki slike u stvarnom vremenu na temelju FPGA-e
Dizajn zasnovan na FPGA-i i primjena Mp4 dekodera
Na temelju FPGA Sustav upravljanja prometnom signalizacijom Dizajn i provedba
Generacija visokofrekventnih nosača zasnovana na FPGA za pulsnu kompresiju pomoću kordinog algoritma
Programirani dizajn i sinteza logičkih blokova s makro vratima i mješovitim LUT-om
Upute specifične za aplikaciju Dizajn procesora, implementacija i studija za određeni DSP zadatak
Dizajn i implementacija jedinice za sinkronizaciju za WCDMA prijemni prijemnik
FPGA implementacija algoritma FFT za IEEE 802.16e (mobilni WiMAX)
Dizajn zasnovan na FPGA - i GPS (Global Possitioning System) -GSM (Globalni sustavi za mobitele) mobilni navigator
Svemirski vektor PWM (modulacija širine impulsa) za pretvarače na tri razine: implementacija LabVIEW-a
Dizajn i implementacija programabilne višeprocesorske platforme za ugrađenu obradu visokih performansi
Proširenje i poboljšanje optimizacije procesora visokih performansi za FPGA-e
Razvoj i procjena orijentirane kontrole pomoću LabVIEW FPGA
Izravna digitalna sinteza frekvencija u FPGA
Dizajnirajte i programirajte višeprocesorsku platformu za ugrađenu obradu visokih performansi
Dizajn i integracija istraživanja svemira terenskih programabilnih brojača pomoću FPGA
FPGA implementacija Icecube teleskopa za otkrivanje tragova neutrina
Interpolacija slike 3D prikaza u firmwareu
Arhitektura i implementacija sustava MIMO Sphere
Arhitektura superskalarne efikasne FFT (brze Fourierove transformacije)
Registar linearnog pomicanja povratnih informacija (LFSR) Optimizacija snage za BIST male snage

Nakon što ste svoje dragocjeno vrijeme potrošili na ovaj članak, vjerujemo da ste stekli dobru ideju o FPGA arhitekturi i O odabiru teme projekta po vašem izboru iz projektnih ideja temeljenih na FPGA-i, te se nadamo da imate dovoljno samopouzdanja da preuzmete bilo koju temu s popisa. Za daljnje detalje i pomoć u vezi s tim projektima možete nam pisati u dolje navedenom odjeljku za komentare.

Foto bodovi: