Pojem FPGA znamená Field Programmable Gate Array a je to jeden typ polovodičový logický čip ktoré je možné naprogramovať tak, aby sa z nich stal takmer akýkoľvek druh systému alebo digitálneho obvodu, podobný PLD. PLDS sú obmedzené na stovky brán, ale FPGA podporujú tisíce brán. Konfigurácia architektúry FPGA sa všeobecne špecifikuje pomocou jazyka, t. J. HDL (jazyk popisu hardvéru), ktorý je podobný jazyku použitému pre ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

Polia programovateľné hradlové polia

FPGA môžu oproti technológii ASIC s pevnou funkciou poskytovať množstvo výhod, ako napríklad štandardné bunky. Výroba ASIC zvyčajne trvá mesiace a ich získanie bude stáť tisíce dolárov. Avšak FPGA sú vyrobené za menej ako sekundu, cena bude od niekoľkých dolárov do tisíc dolárov. Flexibilná povaha FPGA je spôsobená značnou nákladovou oblasťou, spotrebou energie a oneskorením. V porovnaní so štandardným bunkovým ASIC, FPGA vyžaduje 20 až 35-krát väčšiu plochu a výkon rýchlosti bude 3 až 4-krát pomalší ako v prípade ASIC. Tento článok popisuje základné prvky FPGA a modul architektúry FPGA, ktorý obsahuje vstupno-výstupnú podložku, logické bloky a prepínaciu maticu. FPGA sú niektoré z nových trendových oblastí VLSI. Preto sa tieto používajú v Projekty založené na VLSI pre študentov elektronického inžinierstva .

“ako funguje prevodník zosilnenia ”

Architektúra FPGA

Všeobecná architektúra FPGA pozostáva z troch typov modulov. Sú to I / O bloky alebo bloky, prepínacie maticové / prepojovacie vodiče a konfigurovateľné logické bloky (CLB). Základná architektúra FPGA má dvojrozmerné polia logických blokov s prostriedkom na usporiadanie prepojenia medzi logickými blokmi pre používateľa. Ďalej sú popísané funkcie modulu architektúry FPGA:

CLB (Configurable Logic Block) obsahuje digitálnu logiku, vstupy a výstupy. Implementuje užívateľskú logiku.
Prepojenia poskytujú smer medzi logickými blokmi na implementáciu užívateľskej logiky.
V závislosti na logike poskytuje prepínacia matica prepínanie medzi prepojeniami.
I / O Pady používané pre vonkajší svet na komunikáciu s rôznymi aplikáciami.

Architektúra FPGA

Logický blok obsahuje MUX (multiplexer) , D flip flop a LUT. LUT implementuje kombinačné logické funkcie, ktoré sa MUX používa na logiku výberu, a flip flop D ukladá výstup LUT

Základným stavebným prvkom FPGA je funkčný generátor založený na vyhľadávacej tabuľke. Počet vstupov do LUT sa pohybuje od 3,4,6 a po experimentoch dokonca 8. Teraz máme adaptívne LUT, ktoré poskytujú dva výstupy na jednu LUT s implementáciou dvoch generátorov funkcií.

Logický blok FPGA

Xilinx Virtex-5 je najobľúbenejšie FPGA, ktoré obsahuje Look up Table (LUT) spojenú s MUX a klopný obvod, ako je uvedené vyššie. Súčasné FPGA obsahuje asi stovky alebo tisíce konfigurovateľných logických blokov. Na konfiguráciu FPGA sa na generovanie bitstreamového súboru a na vývoj používajú softvéry Modelsim a Xilinx ISE.

Typy FPGA založené na aplikáciách

Poľné programovateľné hradlové polia sa klasifikujú do troch typov na základe aplikácií, ako sú low-end FPGA, mid-range FPGA a high-end FPGA.

“elektronických súčiastok a čo robia ”

Typy FPGA

Low-end FPGA

Tieto typy FPGA sú navrhnuté pre nízku spotrebu energie, nízku logickú hustotu a nízku zložitosť na čip. Príklady nízkonapäťových FPGA sú rodina Cyclone od Altera, rodina Spartan od Xilinx, fúzna rodina od Microsemi a Mach XO / ICE40 od Lattice semiconductor.

Stredné pásmo FPGA

Tieto typy FPGA sú optimálnym riešením medzi low-end a high-end FPGA a sú vyvinuté ako rovnováha medzi výkonom a nákladmi. Príklady FPGA stredného rozsahu sú Arria od Altera, série Artix-7 / Kintex-7 od Xlinix, IGL002 od Microsemi a série ECP3 a ECP5 od Lattice semiconductor.

Špičkové FPGA

Tieto typy FPGA sú vyvinuté pre logickú hustotu a vysoký výkon. Príklady špičkových FPGA sú rodina Stratix od Altera, rodina Virtex od Xilinx, rodina Speedster 22i od Achronix a ProASIC3 od Microsemi.

Aplikácie FPGA:

FPGA zaznamenali za posledné desaťročie rýchly rast, pretože sú užitočné pre širokú škálu aplikácií. Medzi špecifické aplikácie FPGA patrí digitálne spracovanie signálu, bioinformatika, radiče zariadení, softvérové rádio, náhodná logika, prototypy ASIC, lekárske zobrazovanie, emulácia počítačového hardvéru, integrácia viacerých SPLD, rozpoznávanie hlasu , kryptografia, filtrovanie a kódovanie komunikácie a mnoho ďalších.

FPGA sa zvyčajne uchovávajú pre konkrétne vertikálne aplikácie, kde je objem výroby malý. Za tieto maloobjemové aplikácie platia špičkové spoločnosti náklady na hardvér za jednotku. Dnes nová dynamika výkonu a náklady rozšírili škálu životaschopných aplikácií.

Aplikácie FPGA

Niektoré ďalšie bežné aplikácie FPGA sú: letectvo a obrana, lekárska elektronika, prototypovanie ASIC, zvuk, automobilový priemysel, vysielanie, spotrebná elektronika, distribuované peňažné systémy, dátové centrá, vysokovýkonné výpočtové stroje, priemyselné, lekárske, vedecké prístroje, Zabezpečovacie systémy , Spracovanie videa a obrazu, Drôtová komunikácia, Bezdrôtová komunikácia .

“diagram vývodov arduino mega 2560 ”

Nápady na projekty založené na FPGA:

Tu je zoznam nápadov na projekty založených na FPGA pre experimentovanie s Verilog HDL a VHDL pre študentov inžinierskeho štúdia v poslednom roku. The zoznam nápadov na elektronické projekty založené na FPGA je uvedené nižšie:

Nápady na projekty založené na FPGA

Bezpečnostný prihlasovací systém založený na FPGA
Digitálny načúvací prístroj založený na FPGA
Architektúra extrakcie obrázkov v reálnom čase založená na FPGA
Návrh a implementácia dekodérov Mp4 na základe FPGA
Na základe FPGA Systém riadenia dopravných signálov Dizajn a implementácia
Generovanie vysokofrekvenčných nosných na báze FPGA pre pulznú kompresiu pomocou Cordického algoritmu
Návrh a syntéza programovateľného logického bloku s makro bránou a zmiešanou LUT
Návrh, implementácia a štúdia procesora špecifického pre konkrétnu úlohu DSP
Návrh a implementácia synchronizačnej jednotky pre prijímač uplink WCDMA
FPGA implementácia FFT algoritmu pre IEEE 802.16e (mobilný WiMAX)
FPGA návrh na GPS (globálny pozičný systém) - Mobilný navigátor GSM (Global Systems for Mobiles)
Vesmírny vektor PWM (modulácia šírky impulzu) pre trojstupňové prevodníky: implementácia LabVIEW
Dizajn a implementácia programovateľnej platformy viacerých procesorov pre vysoko výkonné zabudované spracovanie
Rozšírenie a vylepšenie optimalizácie vysoko výkonných procesorov pre FPGA
Vývoj a hodnotenie riadených polí pomocou LabVIEW FPGA
Priama digitálna frekvenčná syntéza v systéme Windows FPGA
Navrhnite a naprogramujte platformu pre viac procesorov pre vysoko výkonné zabudované spracovanie
Dizajn a integrácia vesmírneho prieskumu programovateľných čítacích polí v teréne pomocou FPGA
Implementácia FPGA ďalekohľadu Icecube na detekciu neutrínových stôp
Interpolácia obrazu 3D zobrazenia vo firmvéri
Architektúra a implementácia systému MIMO Sphere
Superskalárna energeticky efektívna architektúra FFT (rýchla Fourierova transformácia)
lineárny spätnoväzbový posuvný register (LFSR) Optimalizácia výkonu pre BIST s nízkym výkonom

Po tom, čo ste strávili svoj drahocenný čas venovaný tomuto článku, veríme, že ste získali dobrý nápad o architektúre FPGA a O výbere témy projektu podľa vášho výberu z nápadov na projekty založené na FPGA a dúfame, že máte dostatočnú dôveru venovať sa akejkoľvek téme. zo zoznamu. Ďalšie podrobnosti a pomoc s týmito projektmi nám môžete napísať v sekcii komentárov uvedenej nižšie.

Fotografické úvery: