Термин ФПГА означава Фиелд Программабле Гате Арраи и то је једна врста полупроводнички логички чип који се могу програмирати да постану готово било која врста система или дигиталног кола, слично ПЛД-овима. ПЛДС је ограничен на стотине капија, али ФПГА подржавају хиљаде капија. Конфигурација ФПГА архитектуре се генерално одређује помоћу језика, тј. ХДЛ (Хардваре Десцриптион лангуаге) који је сличан оном који се користи за АСИЦ (интегрисани круг специфичан за апликацију).

Програмирани низови капија на терену

ФПГА могу пружити бројне предности у односу на АСИЦ технологију са фиксном функцијом, попут стандардних ћелија. Обично АСИЦ-овима треба неколико месеци за производњу, а њихов трошак ће бити хиљаде долара да би се набавио уређај. Али, ФПГА се израђују за мање од секунде, трошак ће бити од неколико долара до хиљаду долара. Флексибилна природа ФПГА долази у значајном подручју трошкова, потрошње енергије и кашњења. У поређењу са стандардним АСИЦ ћелијским системом, ФПГА захтева 20 до 35 пута већу површину, а перформансе брзине биће 3 до 4 пута спорије од АСИЦ-а. Овај чланак описује основе ФПГА и модул ФПГА архитектуре који укључује И / О подлогу, логичке блокове и матрицу прекидача. ФПГА су нека од нових трендовских подручја ВЛСИ-а. Стога се ови користе у ВЛСИ пројекти за студенте електронског инжењерства .

“нископропусни филтер оперативног појачала ”

ФПГА архитектура

Општа ФПГА архитектура састоји се од три врсте модула. То су И / О блокови или јастучићи, матрице прекидача / жице за међусобно повезивање и конфигурабилни логички блокови (ЦЛБ). Основна ФПГА архитектура има дводимензионални низ логичких блокова са средством за корисника да уреди међусобну везу између логичких блокова. У наставку се разматрају функције модула ФПГА архитектуре:

ЦЛБ (конфигурабилни логички блок) укључује дигиталну логику, улазе, излазе. Примењује корисничку логику.
Интерконекти пружају смер између логичких блокова за примену корисничке логике.
У зависности од логике, матрица прекидача омогућава пребацивање између међусобних веза.
Улазно / излазне подлоге које се користе за спољни свет за комуникацију са различитим апликацијама.

ФПГА архитектура

Логиц Блоцк садржи МУКС (Мултиплекер) , Д јапанка и ЛУТ. ЛУТ имплементира комбинационе логичке функције, МУКС се користи за логику избора, а Д флип флоп чува излаз ЛУТ-а

Основни градивни блок ФПГА је генератор функција заснован на табели потражи. Број улаза у ЛУТ варира од 3,4,6, па чак и 8 након експеримената. Сада имамо адаптивне ЛУТ-ове који пружају два излаза по једном ЛУТ-у уз примену два генератора функција.

ФПГА логички блок

Ксилинк Виртек-5 је најпопуларнији ФПГА који садржи табелу за тражење (ЛУТ) која је повезана са МУКС-ом и флип флоп као што је горе речено. Садашњи ФПГА састоји се од стотина или хиљада подесивих логичких блокова. За конфигурисање ФПГА софтвера Моделсим и Ксилинк ИСЕ користе се за генерисање битстреам датотеке и за развој.

Врсте ФПГА засноване на апликацијама

Пољи који се могу програмирати на терену класификују се у три врсте на основу апликација као што су ФПГА нижег ранга, ФПГА средњег опсега и ФПГА високог нивоа.

“једнофазна снага наспрам трофазне снаге ”

Врсте ФПГА

Лов ФПГАс

Ове врсте ФПГА дизајниране су за малу потрошњу енергије, малу логичку густину и малу сложеност по чипу. Примери ниско квалитетних ФПГА су породица Цицлоне из Алтере, породица Спартан из Ксилинка, породица фузије из Мицросеми-а и Мацх КСО / ИЦЕ40 из полупроводника Латтице.

ФПГА средње класе

Ове врсте ФПГА-а су оптимално решење између ФПГА-а нижег и високог нивоа и оне су развијене као равнотежа између перформанси и трошкова. Примери ФПГА средњег опсега су Арриа од Алтера, Артик-7 / Кинтек-7 од Кслиник, ИГЛ002 од Мицросеми и ЕЦП3 и ЕЦП5 од полупроводничких решетки.

Врхунски ФПГА

Ове врсте ФПГА су развијене за логичку густину и високе перформансе. Примери врхунских ФПГА су породица Стратик из Алтере, породица Виртек из Ксилинка, породица Спеедстер 22и из Ацхроник-а и породица ПроАСИЦ3 из Мицросеми-а.

Примене ФПГА:

ФПГА су постигли брз раст током протекле деценије јер су корисни за широк спектар примена. Специфична примена ФПГА укључује дигиталну обраду сигнала, биоинформатику, контролере уређаја, софтверски дефинисани радио, случајну логику, АСИЦ прототипирање, медицинско сликање, рачунарску хардверску емулацију, интегрисање више СПЛД-ова, препознавање гласа , криптографија, филтрирање и кодирање комуникације и још много тога.

Обично се ФПГА чувају за одређене вертикалне примене где је обим производње мали. За ове апликације мале количине водеће компаније плаћају хардверске трошкове по јединици. Данас су нова динамика перформанси и трошкови проширили опсег одрживих примена.

Примене ФПГА

“2-битни сабирач ”

Неке уобичајеније ФПГА апликације су: ваздухопловство и одбрана, медицинска електроника, АСИЦ израда прототипова, аудио, аутомобилска индустрија, емитовање, потрошачка електроника, дистрибуирани монетарни системи, дата центар, рачунарство високих перформанси, индустријски, медицински, научни инструменти, Сигурносни системи , Обрада видеа и слика, жичана комуникација, Бежичне комуникације .

Идеје за пројекат засноване на ФПГА:

Ево листе пројектних идеја заснованих на ФПГА за експериментисање са Верилог ХДЛ и ВХДЛ за студенте завршних година инжењерства. Тхе списак идеја за електронске пројекте заснован на ФПГА дат је у наставку:

Идеје за пројекат засноване на ФПГА

Сигурносни систем за пријаву заснован на ФПГА
ФИПГА заснован дигитални слушни апарат ЦХИП
Архитектура екстракције слика заснована на ФПГА у стварном времену
Дизајн заснован на ФПГА и примена Мп4 декодера
Заснован на ФПГА Систем контроле саобраћајне сигнализације Дизајн и примена
Генерација високофреквентних носача заснована на ФПГА за импулсну компресију помоћу кордицног алгоритма
Програмабилни дизајн и синтеза логичких блокова са макро вратима и комбинованим ЛУТ-ом
Упутство специфично за апликацију Дизајн процесора, имплементација и студија за одређени ДСП задатак
Дизајн и примена јединице за синхронизацију за ВЦДМА пријемни пријемник
ФПГА примена ФФТ алгоритма за ИЕЕЕ 802.16е (мобилни ВиМАКС)
Дизајн заснован на ФПГА ГПС (Глобал Посситионинг Систем) -ГСМ (Глобални системи за мобилне уређаје) Мобилни навигатор
Спаце Вецтор ПВМ (модулација ширине импулса) за претвараче на три нивоа: примена ЛабВИЕВ-а
Дизајн и примена програмабилне вишепроцесорске платформе за уграђену обраду високих перформанси
Проширење и побољшање оптимизације процесора високих перформанси за ФПГА
Развој и процена оријентисане контроле помоћу ЛабВИЕВ ФПГА
Директна дигитална синтеза фреквенција у ФПГА
Дизајнирајте и програмирајте вишепроцесорску платформу за уграђену обраду високих перформанси
Дизајн и интеграција истраживања свемира теренских програмабилних бројача помоћу ФПГА
ФПГА примена Ицецубе телескопа за откривање трагова неутрина
Интерполација слике 3Д приказа у фирмверу
Архитектура и имплементација система МИМО Спхере
Архитектура суперскаларне ефикасне ФФТ (брзе Фоуриер-ове трансформације)
регистар линеарног повратног померања (ЛФСР) Оптимизација снаге за БИСТ мале снаге

Након што сте потрошили драгоцено време на овај чланак, верујемо да сте стекли добру идеју о ФПГА архитектури и О одабиру теме пројекта по вашем избору од идеја заснованих на ФПГА и надамо се да имате довољно самопоуздања да преузмете било коју тему са списка. За даље детаље и помоћ у вези са овим пројектима можете нам писати у одељку за коментаре који је дат у наставку.

Фото кредити: