De term FPGA staat voor Field Programmable Gate Array en het is een uniek type halfgeleider logische chip die kunnen worden geprogrammeerd om bijna elk soort systeem of digitaal circuit te worden, vergelijkbaar met PLD's. PLDS is beperkt tot honderden poorten, maar FPGA's ondersteunen duizenden poorten. De configuratie van de FPGA-architectuur wordt over het algemeen gespecificeerd met behulp van een taal, d.w.z. HDL (Hardware Description Language), die vergelijkbaar is met de taal die wordt gebruikt voor een ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

In het veld programmeerbare poortarrays

FPGA's kunnen een aantal voordelen bieden ten opzichte van ASIC-technologie met een vaste functie, zoals standaardcellen. Normaal gesproken duurt de fabricage van ASIC's maanden en de kosten ervan zullen duizenden dollars zijn om het apparaat te verkrijgen. Maar FPGA's worden in minder dan een seconde gefabriceerd, de kosten zullen van een paar dollar tot duizend dollar zijn. De flexibele aard van de FPGA brengt aanzienlijke kosten met zich mee op het gebied van stroomverbruik en vertraging. een FPGA vereist 20 tot 35 keer meer oppervlakte, en de snelheid zal 3 tot 4 keer langzamer zijn dan de ASIC. Dit artikel beschrijft de FPGA-basisprincipes en de FPGA-architectuurmodule met I / O-pad, logische blokken en schakelmatrix. FPGA's zijn enkele van de nieuwe trending-gebieden van VLSI. Daarom worden deze gebruikt in VLSI-gebaseerde projecten voor studenten elektronica

“analoog ontwerp versus digitaal ontwerp ”

FPGA-architectuur

De algemene FPGA-architectuur bestaat uit drie soorten modules. Het zijn I / O-blokken of Pads, Switch Matrix / Interconnection Wires en Configurable logic blocks (CLB). De basis-FPGA-architectuur heeft tweedimensionale reeksen van logische blokken met een middel voor een gebruiker om de onderlinge verbinding tussen de logische blokken te regelen. De functies van een FPGA-architectuurmodule worden hieronder besproken:

CLB (Configurable Logic Block) omvat digitale logica, inputs, outputs. Het implementeert de gebruikerslogica.
Interconnects geven richting tussen de logische blokken om de gebruikerslogica te implementeren.
Afhankelijk van de logica zorgt de schakelmatrix voor het schakelen tussen verbindingen.
I / O-pads die voor de buitenwereld worden gebruikt om met verschillende applicaties te communiceren.

FPGA-architectuur

Logic Block bevat MUX (multiplexer) , D flip-flop en LUT. LUT implementeert de combinationele logische functies, de MUX wordt gebruikt voor selectielogica, en D-flip-flop slaat de uitvoer van de LUT op

De basisbouwsteen van de FPGA is de op Look Up Table gebaseerde functiegenerator. Het aantal ingangen naar de LUT varieert van 3,4,6 tot zelfs 8 na experimenten. Nu hebben we adaptieve LUT's die twee uitgangen per enkele LUT bieden met de implementatie van twee functiegeneratoren.

FPGA-logisch blok

Xilinx Virtex-5 is de meest populaire FPGA, die een Look up Table (LUT) bevat die verbonden is met MUX, en een flip-flop zoals hierboven besproken. De huidige FPGA bestaat uit ongeveer honderden of duizenden configureerbare logische blokken. Voor het configureren van de FPGA worden Modelsim en Xilinx ISE-software gebruikt om een bitstreambestand te genereren en voor ontwikkeling.

Typen FPGA's op basis van applicaties

Field Programmable Gate Arrays worden ingedeeld in drie typen op basis van toepassingen zoals low-end FPGA's, mid-range FPGA's en high-end FPGA's.

“ethernet is een voorbeeld van ”

Soorten FPGA's

Low-end FPGA's

Dit soort FPGA's zijn ontworpen voor een laag stroomverbruik, lage logische dichtheid en lage complexiteit per chip. Voorbeelden van low-end FPGA's zijn de cycloonfamilie van Altera, de Spartaanse familie van Xilinx, de fusiefamilie van Microsemi en de Mach XO / ICE40 van Lattice semiconductor.

Middenklasse FPGA's

Dit soort FPGA's is de optimale oplossing tussen de low-end en high-end FPGA's en deze zijn ontwikkeld als een balans tussen de prestaties en de kosten. Voorbeelden van FPGA's uit het middenbereik zijn Arria van Altera, Artix-7 / Kintex-7-serie van Xlinix, IGL002 van Microsemi en ECP3 en ECP5-serie van Lattice Semiconductor.

Hoogwaardige FPGA's

Dit soort FPGA's is ontwikkeld voor logische dichtheid en hoge prestaties. Voorbeelden van high-end FPGA's zijn een Stratix-familie van Altera, Virtex-familie van Xilinx, Speedster 22i-familie van Achronix en ProASIC3-familie van Microsemi.

“wat is het Android-besturingssysteem? ”

Toepassingen van FPGA:

FPGA's zijn het afgelopen decennium snel gegroeid omdat ze voor een breed scala aan toepassingen bruikbaar zijn. Specifieke toepassing van een FPGA omvat digitale signaalverwerking, bio-informatica, apparaatcontrollers, softwaregedefinieerde radio, willekeurige logica, ASIC-prototyping, medische beeldvorming, computerhardware-emulatie, integratie van meerdere SPLD's, Spraakherkenning , cryptografie, filtering en communicatiecodering en nog veel meer.

Gewoonlijk worden FPGA's bewaard voor bepaalde verticale toepassingen waar het productievolume klein is. Voor deze toepassingen met een laag volume betalen de topbedrijven hardwarekosten per eenheid. Tegenwoordig hebben de nieuwe prestatiedynamiek en kosten het bereik van haalbare toepassingen uitgebreid.

Toepassingen van FPGA

Enkele meer algemene FPGA-toepassingen zijn: lucht- en ruimtevaart en defensie, medische elektronica, ASIC-prototyping, audio, automobielindustrie, uitzending, consumentenelektronica, gedistribueerde monetaire systemen, datacenter, high-performance computing, industriële, medische, wetenschappelijke instrumenten, Beveiligingssystemen , Video- en beeldverwerking, bedrade communicatie, Draadloze communicatie

FPGA-gebaseerde projectideeën:

Hier is een lijst met FPGA-gebaseerde projectideeën om te experimenteren met Verilog HDL en VHDL voor laatstejaars technische studenten. De lijst met ideeën voor elektronische projecten gebaseerd op FPGA wordt hieronder gegeven:

FPGA-gebaseerde projectideeën

Beveiliging Login-systeem op basis van FPGA
FPGA-gebaseerde digitale hoortoestelchip
Een op FPGA gebaseerde realtime extractie-architectuur voor beeldfuncties
FPGA-gebaseerd ontwerp en implementatie van Mp4-decoders
FPGA gebaseerd Verkeerslichtcontrolesysteem Ontwerp en implementatie
Op FPGA gebaseerde hoogfrequente draaggolfgeneratie voor pulscompressie met behulp van cordisch algoritme
Programmeerbaar logisch blokontwerp en synthese met macropoort en gemengde LUT
Applicatiespecifieke instructieset Processorontwerp, implementatie en studie voor een specifieke DSP-taak
Ontwerp en implementatie van synchronisatie-eenheid voor WCDMA Uplink-ontvanger
FPGA-implementatie van FFT-algoritme voor IEEE 802.16e (mobiele WiMAX)
FPGA-gebaseerd ontwerpen van GPS (Global Possitioning System) -GSM (Global Systems for Mobiles) Mobile Navigator
Ruimte Vector PWM (pulsbreedtemodulatie) voor converters met drie niveaus: een LabVIEW-implementatie
Ontwerp en implementatie van een programmeerbaar multiprocessorplatform voor hoogwaardige ingebedde verwerking
Uitbreiding en verbetering van krachtige processoroptimalisatie voor FPGA's
Veldgeoriënteerde controle-ontwikkeling en evaluatie met LabVIEW FPGA
Directe digitale frequentiesynthese in FPGA's
Ontwerp en programmeer multiprocessorplatform voor high-performance embedded processing
Ontwerp en integratie van ruimteverkenning van Field Programmable Counter Arrays met behulp van FPGA
Een FPGA-implementatie van de Icecube-telescoop voor Neutrino-spoordetectie
Beeldinterpolatie van 3D-weergave in firmware
MIMO Sphere-systeemarchitectuur en -implementatie
Superscalar Power Efficient FFT (Fast Fourier Transform) -architectuur
linear feedback shift Register (LFSR) Vermogensoptimalisatie voor BIST met laag vermogen

Nadat we je kostbare tijd aan dit artikel hebben besteed, zijn we van mening dat je een goed idee hebt over FPGA-architectuur en OVER het selecteren van het projectonderwerp van je keuze uit de op FPGA gebaseerde projectideeën, en we hopen dat je genoeg vertrouwen hebt om elk onderwerp aan te pakken. van de lijst. Voor meer informatie en hulp over deze projecten kunt u ons schrijven in de opmerkingen hieronder.

Fotocredits: