המונח FPGA מייצג מערך שער לתכנות בשדה והוא סוג אחד של שבב לוגי של מוליכים למחצה שניתן לתכנת להיות כמעט כל סוג של מערכת או מעגל דיגיטלי, בדומה ל- PLD. PLDS מוגבל למאות שערים, אך FPGAs תומכים באלפי שערים. התצורה של ארכיטקטורת FPGA מוגדרת בדרך כלל באמצעות שפה, כלומר, HDL (שפת תיאור חומרה) הדומה לזו המשמשת ASIC (מעגל משולב יישום ספציפי).

מערכי שערים לתכנות בשטח

FPGAs יכולים לספק מספר יתרונות על פני טכנולוגיית ASIC עם פונקציה קבועה כמו תאים סטנדרטיים. בדרך כלל, ייצור של ASIC לוקח חודשים לייצור ועלותם תהיה אלפי דולרים להשגת המכשיר. אבל, FPGA מיוצרים בפחות משנייה, העלות תהיה בין כמה דולרים לאלף דולר. האופי הגמיש של ה- FPGA מגיע לאזור מחיר משמעותי, צריכת חשמל ועיכוב. בהשוואה ל- ASIC תא סטנדרטי, FPGA דורש פי 20 עד 35 יותר שטח וביצועי המהירות יהיו פי 3 עד 4 איטיים מ- ASIC. מאמר זה מתאר אודות יסודות ה-FPGA ומודול ארכיטקטורת FPGA הכולל כרית קלט / פלט, בלוקי לוגיקה ומטריקס מתגים. FPGAs הם חלק מהאזורים החדשים של VLSI. לכן, אלה משמשים ב פרויקטים מבוססי VLSI לסטודנטים להנדסת אלקטרוניקה .

“דוגמאות לעיצוב מכונות סופיות ”

FPGA אדריכלות

ארכיטקטורת ה- FPGA הכללית מורכבת משלושה סוגים של מודולים. הם בלוקי קלט / פלט או רפידות, חוטי מטריקס / חיבורי חיבור ובלוקי לוגיקה ניתנים להגדרה (CLB). בארכיטקטורת ה- FPGA הבסיסית יש מערכים דו-ממדיים של גושי לוגיקה עם אמצעי למשתמש לסדר את החיבור ההדדי בין גושי הלוגיקה. הפונקציות של מודול ארכיטקטורת FPGA נדונות להלן:

CLB (Blockic Logic Block) ניתן להגדרה כולל לוגיקה דיגיטלית, כניסות, יציאות. זה מיישם את הגיון המשתמש.
קשרי גומלין מספקים כיוון בין חסימות הלוגיקה ליישום לוגיקת המשתמש.
בהתאם להיגיון, מטריצת מתגים מספקת מעבר בין חיבורי גומלין.
רפידות קלט / פלט המשמשות את העולם החיצוני לתקשורת עם יישומים שונים.

FPGA אדריכלות

בלוק ההיגיון מכיל MUX (מולטיפלקס) כפכף D ו- LUT. LUT מיישם את הפונקציות הלוגיות המשולבות שה- MUX משמש לוגיקת בחירה, וכפכף D מאחסן את הפלט של ה- LUT.

אבן הבניין הבסיסית של ה- FPGA היא מחולל הפונקציות מבוסס Look Up Table. מספר התשומות ל- LUT נע בין 3,4,6 ואפילו 8 לאחר ניסויים. כעת, יש לנו LUTs אדפטיביים המספקים שני יציאות לכל LUT יחיד עם הטמעה של שני מחוללי פונקציות.

בלוק לוגי FPGA

Xilinx Virtex-5 הוא ה- FPGA הפופולרי ביותר, המכיל טבלת חיפוש (LUT) המחוברת ל- MUX וכפכף כפי שפורט לעיל. ה- FPGA הנוכחי מורכב ממאות או אלפי חסימות לוגיקה הניתנות להגדרה. לצורך הגדרת התצורה של תוכנת FPGA, תוכנות Modelsim ו- Xilinx ISE משמשות ליצירת קובץ bitstream ולפיתוח.

סוגי FPGA מבוסס על יישומים

מערכי שערים לתכנות בשטח מסווגים לשלושה סוגים בהתבסס על יישומים כגון FPGAs נמוכים, FPGAs לטווח בינוני ו- FPGA מתקדמים.

“מהו כרטיס רשת ”

סוגי FPGA

FPGAs בקצה נמוך

סוגים אלה של FPGA מיועדים לצריכת חשמל נמוכה, צפיפות לוגיקה נמוכה ומורכבות נמוכה לכל שבב. דוגמאות ל- FPGA נמוכות הן משפחת ציקלון מבית Altera, משפחת ספרטנים מ- Xilinx, משפחת היתוך ממיקרוסמי ו- Mach XO / ICE40 ממוליכים למחצה של סריג.

FPGAs לטווח בינוני

סוגים אלה של FPGA הם הפיתרון האופטימלי בין ה- FPGA הגבוהים והמתקדמים ואלה מפותחים כמאזן בין הביצועים לעלות. דוגמאות ל- FPGA של טווח בינוני הן Arria מסדרת Altera, סדרות Artix-7 / Kintex-7 מבית Xlinix, IGL002 ממיקרו-סמי ו- ECP3 ו- ECP5 ו- Lattice מוליכים למחצה.

FPGAs High End

סוגים אלה של FPGA מפותחים לצורך צפיפות לוגית וביצועים גבוהים. דוגמאות ל- FPGA באיכות גבוהה הן משפחת סטרטיקס מ Altera, משפחת ורטקס מ- Xilinx, משפחת Speedster 22i מ- Achronix ומשפחת ProASIC3 מ- Microsemi.

יישומים של FPGA:

FPGA צברו צמיחה מהירה בעשור האחרון מכיוון שהם שימושיים למגוון רחב של יישומים. יישום ספציפי של FPGA כולל עיבוד אותות דיגיטלי, ביואינפורמטיקה, בקרי מכשירים, רדיו המוגדר על ידי תוכנה, לוגיקה אקראית, פרוטוטייפ ASIC, הדמיה רפואית, הדמיית חומרת מחשב, שילוב מספר SPLDs, זיהוי קולי , קריפטוגרפיה, קידוד סינון ותקשורת ועוד רבים וטובים.

בדרך כלל, FPGA נשמרים עבור יישומים אנכיים מסוימים שבהם נפח הייצור קטן. עבור יישומים אלה בנפח נמוך, החברות המובילות משלמות עלויות חומרה ליחידה. כיום, הדינמיקה והעלות החדשים של הביצועים הרחיבו את מגוון היישומים הניתנים לביצוע.

יישומי FPGA

כמה יישומים נפוצים יותר של FPGA הם: חלל והגנה, אלקטרוניקה רפואית, ASIC פרוטוטייפ, אודיו, רכב, שידור, אלקטרוניקה צרכנית, מערכות מוניטריות מבוזרות, מרכז נתונים, מחשוב בעל ביצועים גבוהים, מכשירים מדעיים תעשייתיים, רפואיים, מערכות אבטחה , עיבוד וידאו ותמונות, תקשורת קווית, תקשורת אלחוטית .

רעיונות מבוססי FPGA:

הנה רשימה של רעיונות פרויקטים מבוססי FPGA להתנסות ב- Verilog HDL ו- VHDL עבור סטודנטים בשנה האחרונה להנדסה. ה רשימה של רעיונות לפרויקטים אלקטרוניים מבוסס על FPGA מובא להלן:

רעיונות מבוססי FPGA

“כיצד ליצור מעגל ”

מערכת כניסה לאבטחה מבוססת על FPGA
שבב מכשיר שמיעה דיגיטלי מבוסס FPGA
ארכיטקטורת מיצוי תכונות תמונה מבוססת FPGA בזמן אמת
תכנון מבוסס FPGA והטמעה של מפענחי Mp4
מבוסס FPGA מערכת בקרת תמרורים תכנון ויישום
ייצור נושאות תדרים גבוהים מבוסס FPGA לדחיסת דופק באמצעות אלגוריתם קורדי
עיצוב בלוק לוגי לתכנות וסינתזה עם שער מאקרו ו- LUT מעורב
יישום קבוע הוראות ייעודיות למעבד, יישום ולימוד למשימת DSP ספציפית
תכנון ויישום יחידת סינכרון עבור מקלט Uplink WCDMA
יישום FPGA של אלגוריתם FFT עבור IEEE 802.16e (WiMAX נייד)
תכנון מבוסס FPGA של GPS (מערכת Possitioning גלובלית) -GSM (מערכות גלובליות לניידים) ניווט נייד
וקטור חלל PWM (אפנון רוחב דופק) לממירים תלת-מפלסיים: יישום LabVIEW
תכנון והטמעה של פלטפורמת מעבד רב לתכנות לעיבוד משובץ בעל ביצועים גבוהים
הרחבת אופטימיזציה של מעבדים עם ביצועים גבוהים ושיפור עבור FPGA
פיתוח והערכה של בקרת אוריינטציה בשטח באמצעות LabVIEW FPGA
סינתזת תדרים דיגיטלית ישירה ב FPGAs
תכנון ופיתוח פלטפורמת ריבוי מעבדים לעיבוד משובץ בעל ביצועים גבוהים
תכנון ואינטגרציה של חקר החלל של מערכי מונה מתוכנתים בשטח באמצעות FPGA
יישום FPGA של טלסקופ Icecube לזיהוי מסלולי ניטרינו
אינטרפולציה תמונה של תצוגת תלת מימד בקושחה
MIMO Sphere אדריכלות ויישום
אדריכלות FFT יעילה כוח יעיל על-עוצמה
רישום משוב לינארי (LFSR) אופטימיזציה של הספק עבור BIST בהספק נמוך

לאחר שבזבזנו את זמנכם היקר במאמר זה, אנו מאמינים כי יש לכם מושג טוב לגבי ארכיטקטורת FPGA ובקשר לבחירת נושא הפרויקט לבחירתכם מתוך רעיונות הפרויקט המבוססים על FPGA, ומקווים שיש לכם מספיק ביטחון להתייחס לכל נושא מהרשימה. לפרטים נוספים ועזרה אודות פרויקטים אלה, תוכלו לכתוב לנו בסעיף ההערות המופיע להלן.

נקודות זיכוי: