Maklumat

Apa itu FPGA - Asas Gerbang Array Programmable Field

 Apa itu FPGA - Asas Gerbang Array Programmable Field

Field Programmable Gate Array, atau FPGA adalah peranti logik yang dapat diprogramkan yang dapat mengatur konfigurasi dalamannya oleh perisian atau seperti yang disebut, "firmware." Ini membolehkan fungsi FPGA dikemas kini atau bahkan benar-benar berubah seperti yang diperlukan, kerana firmware FPGA dikemas kini ketika berada dalam litar.

Komponen logik FPGA yang dapat diprogramkan, atau blok logik seperti yang diketahui, mungkin terdiri daripada apa sahaja dari pintu logik, hingga elemen memori atau blok ingatan, atau hampir semua elemen. Ini memberikan tahap fleksibiliti yang cukup besar.

Aplikasi FPGA

Sifat FPGA yang dapat dikonfigurasi semula bermaksud ia dapat digunakan dalam sejumlah besar aplikasi yang berbeza.

  • Prototaip ASIC: ASIC atau litar bersepadu khusus aplikasi sering digunakan dalam pengeluaran volume tinggi, tetapi sangat mahal untuk dikembangkan dan perubahan sangat mahal dan memakan masa untuk dibuat. Setelah cip ASIC dibuat, fungsinya tetap. Juga cip ASIC biasanya sangat rumit dan untuk memastikan fungsinya betul, selalunya FPGA digunakan dan bukannya cip ASIC semasa pembangunan dan bahkan pengeluaran awal sehingga semua masalah dikeluarkan.
  • Peralatan yang ditentukan perisian: Dengan peralatan sekarang cenderung lebih kepada perisian yang didefinisikan seperti dalam radio yang ditentukan perisian, konsep ini digunakan secara meluas dalam banyak bidang teknologi. Peralatan ujian yang ditentukan perisian juga semakin banyak digunakan - di sini fungsi instrumen ujian dapat diubah mengikut apa yang diperlukan.

Asas FPGA

Kelebihan FPGA yang besar ialah cip ini dapat diprogram sepenuhnya dan dapat diprogramkan semula. Dengan cara ini menjadi rangkaian logik besar yang dapat dikonfigurasi sesuai dengan reka bentuk, tetapi jika diperlukan perubahan, ia dapat diprogram ulang dengan kemas kini.

Oleh itu, jika kad litar atau papan dibuat dan mengandungi FPGA sebagai sebahagian daripada litar, ini diprogramkan semasa proses pembuatan, tetapi kemudian dapat diprogram ulang untuk mencerminkan perubahan. Oleh itu ia dapat diprogramkan di lapangan, dan sebenarnya ini menimbulkan namanya.

Walaupun FPGA menawarkan banyak kelebihan, secara semula jadi terdapat beberapa kelemahan. Ia lebih perlahan daripada ASIC setara (Litar Bersepadu Khusus Aplikasi) atau IC lain yang setara, dan tambahan pula ia lebih mahal. (Walau bagaimanapun ASIC sangat mahal untuk dikembangkan secara perbandingan).

Ini bermaksud bahawa pilihan untuk menggunakan reka bentuk berdasarkan FPGA harus dibuat pada awal kitaran reka bentuk dan akan bergantung pada item seperti apakah cip tersebut perlu diprogramkan semula, apakah fungsi yang setara dapat diperoleh di tempat lain, dan tentu saja kos yang dibenarkan. Kadang kala pengeluar boleh memilih reka bentuk FPGA untuk produk awal ketika bug masih dapat dijumpai, dan kemudian menggunakan ASIC apabila reka bentuknya stabil sepenuhnya.

FPGA digunakan dalam banyak aplikasi. Mengingat kosnya, mereka tidak digunakan dalam produk dengan volume tinggi yang murah, tetapi sebaliknya FPGA mencari aplikasi di berbagai bidang di mana litar logik kompleks mungkin diperlukan, dan perubahan dapat diantisipasi. Aplikasi FPGA meliputi pelbagai bidang dari peralatan untuk video dan pengimejan, hingga litar untuk aeroangkasa dan aplikasi ketenteraan, serta elektronik untuk pemprosesan khusus dan banyak lagi.

FPGA dalaman

Seni bina dalaman FPGA adalah kunci fleksibiliti dan oleh itu kejayaannya. Pada dasarnya FPGA terdiri daripada dua elemen asas:

  • Blok logik biasa: Blok logik dalam FPGA dapat dilaksanakan dengan pelbagai cara. Pelaksanaan sebenarnya bergantung kepada pengeluar dan juga siri FPGA yang digunakan. Variasinya merangkumi jumlah input dan output, kerumitan umum blok logik dari segi litar dan jumlah transistor yang digunakan. Ini secara semula jadi memberi kesan pada jumlah kawasan yang digunakan pada cip, dan oleh itu ukuran silikon yang digunakan.
  • Penghalaan dalaman FPGA: Saluran penghalaan dalam FPGA terdiri daripada wayar yang dapat dihubungkan dengan menggunakan suis yang boleh dikonfigurasi secara elektrik. Dengan cara ini adalah mungkin untuk menghubungkan titik yang berbeza pada cip bersama-sama dan dengan itu menghubungkan Blok Logik Biasa yang berbeza dengan cara apa pun yang diperlukan.

Pembangunan firmware FPGA

Oleh kerana FPGA adalah susunan logik yang dapat dikonfigurasi, logiknya perlu disusun untuk memenuhi keperluan sistem. Konfigurasi disediakan oleh firmware - satu set data yang

Mengingat kerumitan FPGA, perisian digunakan untuk merancang fungsi FPGA. Proses reka bentuk FPGA dimulakan oleh pengguna yang memberikan definisi Bahasa Huraian Perkakasan (HDL) atau reka bentuk skematik.

HDL biasa adalah VHDL (di mana VHDL bermaksud VHSIC Hbarang kemas Dperihal Lpenderitaan) dan Verilog. Setelah ini selesai, tugas seterusnya dalam proses reka bentuk FPGA adalah menghasilkan senarai net yang dihasilkan untuk keluarga FPGA tertentu yang digunakan. Ini menggambarkan kesambungan yang diperlukan dalam FPGA dan ia dihasilkan menggunakan alat automasi reka bentuk elektronik.

Senarai net kemudian dapat dipasang pada seni bina FPGA yang sebenarnya menggunakan proses yang disebut tempat-dan-rute, biasanya dilakukan oleh perisian tempat-dan-rute milik syarikat FPGA.

Akhirnya reka bentuknya diberikan kepada FPGA dan dapat digunakan di papan litar elektronik yang dimaksudkan.

Catatan mengenai pengaturcaraan FPGA:

FPGA memerlukan gelombang firma yang tersedia untuk mengatur konfigurasi logik dalam cip. Gelombang firma ini dapat dikembangkan dengan pelbagai cara dan terdapat beberapa platform perisian yang berbeza yang dapat digunakan.

Baca lebih lanjut mengenai Pengaturcaraan FPGA

Ujian FPGA

Memandangkan kerumitannya, perlu dilakukan pengujian ketat terhadap reka bentuk FPGA. Pengujian ini biasanya akan dilakukan pada setiap tahap proses pengembangan FPGA.

Ini merangkumi simulasi fungsional, dan metodologi pengesahan lain, tetapi salah satu masalah pentingnya ialah pemasaan kerana ukuran dan kerumitan logik asas dapat bererti bahawa masalah masa boleh timbul.

Setelah proses reka bentuk dan pengesahan selesai, fail binari yang dihasilkan (juga menggunakan perisian proprietari syarikat FPGA) digunakan untuk mengkonfigurasi peranti FPGA.

Alat FPGA

Alat untuk membangun dan menguji FPGA tersedia dari pelbagai sumber. Jelas pengeluar dapat menawarkan banyak alat pengembangan FPGA, tetapi ada banyak sumber lain untuk sintesis FPGA HDL pihak ketiga, alat sintesis fizikal dan pengesahan FPGA. Ini termasuk perkembangan sebenar dan untuk pelbagai tahap pengujian FPGA.

Tonton videonya: What is an FPGA Field Programmable Gate Array? FPGA Concepts (Oktober 2020).