Izraz FPGA pomeni Field Programmable Gate Array in je ena vrsta polprevodniški logični čip ki ga lahko programiramo tako, da postane skoraj kakršen koli sistem ali digitalno vezje, podobno PLD-jem. PLDS je omejen na stotine vrat, vendar FPGA podpirajo tisoče vrat. Konfiguracija arhitekture FPGA je na splošno določena z uporabo jezika, tj. HDL (Hardware Description language), ki je podoben tistemu, ki se uporablja za ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

Terensko programabilni nizi vrat

FPGA lahko nudijo številne prednosti v primerjavi s tehnologijo ASIC s fiksno funkcijo, kot so standardne celice. Običajno ASIC-i izdelujejo mesece, njihovi stroški pa bodo za pridobitev naprave na tisoče dolarjev. Toda FPGA so izdelani v manj kot sekundi, stroški pa bodo od nekaj do tisoč dolarjev. Prilagodljiva narava FPGA je pomembna na področju stroškov, porabe energije in zamude. V primerjavi s standardno celico ASIC, FPGA zahteva 20 do 35-krat več območja, hitrost pa bo 3 do 4-krat počasnejša od ASIC. Ta članek opisuje osnove FPGA in modul arhitekture FPGA, ki vključuje vhodno / izhodno ploščico, logične bloke in matriko stikal. FPGA so nekatera nova trendna področja VLSI. Zato se ti uporabljajo v Projekti na osnovi VLSI za študente elektronskega inženirstva .

“katera značilnost poudarja razliko med projekti in operacijami? ”

Arhitektura FPGA

Splošna arhitektura FPGA je sestavljena iz treh vrst modulov. So vhodno / izhodni bloki ali blazinice, matrične / medsebojno povezane žice in nastavljivi logični bloki (CLB). Osnovna arhitektura FPGA ima dvodimenzionalna polja logičnih blokov s sredstvi, s katerimi lahko uporabnik uredi medsebojno povezavo med logičnimi bloki. Funkcije arhitekturnega modula FPGA so opisane spodaj:

CLB (nastavljiv logični blok) vključuje digitalno logiko, vhode in izhode. Izvaja uporabniško logiko.
Medsebojne povezave zagotavljajo smer med logičnimi bloki za izvajanje uporabniške logike.
Glede na logiko matrika stikal omogoča preklapljanje med medsebojnimi povezavami.
V / I blazinice, ki se uporabljajo za zunanji svet za komunikacijo z različnimi aplikacijami.

Arhitektura FPGA

Logic Block vsebuje MUX (Multiplexer) , D japonka in LUT. LUT izvaja kombinacijske logične funkcije, MUX se uporablja za izbirno logiko, flip flop D pa shrani izhod LUT

Osnovni gradnik FPGA je generator funkcij, ki temelji na tabeli. Število vhodov v LUT se giblje od 3,4,6 in celo 8 po poskusih. Zdaj imamo prilagodljive LUT-je, ki zagotavljajo dva izhoda na posamezen LUT z izvedbo dveh generatorjev funkcij.

Logični blok FPGA

Xilinx Virtex-5 je najbolj priljubljena FPGA, ki vsebuje tabelo za iskanje (LUT), ki je povezana z MUX, in flip flop, kot je opisano zgoraj. Sedanja FPGA je sestavljena iz približno sto ali tisoč nastavljivih logičnih blokov. Za konfiguriranje programske opreme FPGA se programska oprema Modelsim in Xilinx ISE uporabljata za generiranje datoteke bitnega toka in za razvoj.

Vrste FPGA na podlagi aplikacij

Programirani poljski vhodni nizi so razvrščeni v tri vrste na podlagi aplikacij, kot so FPGA nizkega cenovnega razreda, FPGA srednjega razreda in FPGA vrhunskega razreda.

“arhitektura protokola tcp/ip ”

Vrste FPGA

Nizko cenovne FPGA

Te vrste FPGA so zasnovane za majhno porabo energije, nizko logično gostoto in majhno zapletenost na čip. Primeri nizkocenovnih FPGA so družina Cyclone iz Altere, družina Spartan iz Xilinxa, družina fuzij iz Microsemi in Mach XO / ICE40 iz polprevodnika Lattice.

FPGA srednjega razreda

Te vrste FPGA so optimalna rešitev med nizkimi in visoko zmogljivimi FPGA in so razvite kot ravnovesje med zmogljivostjo in stroški. Primeri srednjega razreda FPGA so Arria iz Altere, Artix-7 / Kintex-7 iz Xlinixa, IGL002 iz Microsemi in ECP3 ter ECP5 iz polprevodniških mrež.

Vrhunski FPGA

Te vrste FPGA so razvite za logično gostoto in visoko zmogljivost. Primeri vrhunskih FPGA so družina Stratix iz Altere, družina Virtex iz Xilinxa, družina Speedster 22i iz Achronixa in družina ProASIC3 iz Microsemi.

Aplikacije FPGA:

FPGA-ji so v zadnjem desetletju hitro naraščali, ker so uporabni za široko paleto aplikacij. Posebna uporaba FPGA vključuje digitalno obdelavo signalov, bioinformatiko, krmilnike naprav, programsko določen radio, naključno logiko, prototipiranje ASIC, medicinsko slikanje, računalniško strojno emulacijo, integracijo več SPLD-jev, prepoznavanje glasu , kriptografija, filtriranje in kodiranje komunikacije in še veliko več.

“kakšna je uporaba mostu v omrežju ”

Običajno se FPGA hranijo za posebne vertikalne aplikacije, kjer je obseg proizvodnje majhen. Za te majhne količine največja podjetja plačajo stroške strojne opreme na enoto. Danes so nova dinamika zmogljivosti in stroški razširili paleto izvedljivih aplikacij.

Aplikacije FPGA

Nekatere najpogostejše aplikacije FPGA so: letalska in obrambna industrija, medicinska elektronika, prototipi ASIC, avdio, avtomobilska industrija, radiodifuzija, potrošniška elektronika, porazdeljeni denarni sistemi, podatkovni center, visokozmogljivo računalništvo, industrijski, medicinski, znanstveni instrumenti, Varnostni sistemi , Obdelava videov in slik, žična komunikacija, Brezžične komunikacije .

Ideje za projekte, ki temeljijo na FPGA:

Tu je seznam projektnih idej, ki temeljijo na FPGA, za eksperimentiranje z verilogom HDL in VHDL za študente zadnjega letnika tehnike. The seznam idej za elektronske projekte temelji na FPGA spodaj:

Ideje za projekte, ki temeljijo na FPGA

Varnostni sistem za prijavo, ki temelji na FPGA
Digitalni slušni aparat na osnovi FPGA
Arhitektura ekstrakcije slike v realnem času na osnovi FPGA
Načrtovanje na osnovi FPGA in izvedba Mp4 dekoderjev
Na osnovi FPGA Sistem za nadzor prometne signalizacije Oblikovanje in izvedba
Generacija visokofrekvenčnega nosilca na osnovi FPGA za impulzno kompresijo z uporabo kordinskega algoritma
Načrtovanje in sinteza logičnih blokov z makro vrati in mešanim LUT
Navodila za uporabo določajo zasnovo procesorja, njegovo izvedbo in študijo za določeno nalogo DSP
Načrtovanje in izvedba sinhronizacijske enote za sprejemnik dohodne povezave WCDMA
FPGA Implementacija algoritma FFT za IEEE 802.16e (mobilni WiMAX)
Oblikovanje FPGA GPS (Global Possitioning System) -GSM (Global Systems for Mobiles) mobilni navigator
Vesoljski vektor PWM (modulacija širine impulza) za tristopenjske pretvornike: izvedba LabVIEW
Oblikovanje in izvedba programabilne večprocesorske platforme za visoko zmogljivo vgrajeno obdelavo
Razširitev in izboljšanje optimizacije procesorjev za FPGA
Terensko usmerjen nadzor in razvoj z uporabo LabVIEW FPGA
Neposredna digitalna sinteza frekvenc v Ljubljani FPGA
Oblikujte in programirajte večprocesorsko platformo za visoko zmogljivo vgrajeno obdelavo
Načrtovanje in integracija raziskovanja vesolja programabilnih števcev s pomočjo FPGA
Izvedba FPGA teleskopa Icecube za zaznavanje proge Neutrino
Interpolacija slike 3D prikaza v vdelani programski opremi
Arhitektura in implementacija sistema MIMO Sphere
Superscalar Power Ffficient (Fast Fourier Transform) arhitektura
register z linearnim povratnim pomikom (LFSR) Optimizacija moči za BIST z majhno močjo

Potem ko ste porabili svoj dragoceni čas za ta članek, verjamemo, da imate dobro predstavo o arhitekturi FPGA in O tem, kako izbrati projektno temo po svoji izbiri med projektnimi idejami, ki temeljijo na FPGA, in upamo, da imate dovolj samozavesti, da se lotite katere koli teme s seznama. Za nadaljnje podrobnosti in pomoč glede teh projektov nam lahko pišete v spodnjem oddelku za komentarje.

Zasluge za fotografije: