Asas Seni Bina dan Aplikasi FPGA

Cuba Instrumen Kami Untuk Menghapuskan Masalah





Istilah FPGA bermaksud Field Programmable Gate Array dan, ini adalah satu jenis cip logik semikonduktor yang dapat diprogramkan untuk menjadi hampir semua jenis sistem atau litar digital, serupa dengan PLD. PLDS terhad kepada beratus-ratus gerbang, tetapi FPGA menyokong beribu-ribu gerbang. Konfigurasi seni bina FPGA secara amnya ditentukan menggunakan bahasa, iaitu, HDL (bahasa Penerangan Perkakasan) yang serupa dengan yang digunakan untuk ASIC (Litar Bersepadu Khusus Aplikasi).

Susunan Gerbang yang Boleh Diprogramkan di Lapangan

Susunan Gerbang yang Boleh Diprogramkan di Lapangan



FPGA dapat memberikan sejumlah kelebihan berbanding teknologi ASIC fungsi tetap seperti sel standard. Biasanya, ASIC memerlukan masa berbulan-bulan untuk pembuatan dan kosnya akan beribu-ribu dolar untuk mendapatkan peranti tersebut. Tetapi, FPGA dibuat dalam masa kurang dari sesaat, harganya akan berkisar dari beberapa dolar hingga seribu dolar. Sifat fleksibel FPGA datang pada kawasan kosin, penggunaan kuasa dan kelewatan yang signifikan. Jika dibandingkan dengan sel ASIC standard, FPGA memerlukan 20 hingga 35 kali lebih banyak kawasan, dan prestasi kelajuannya adalah 3 hingga 4 kali lebih perlahan daripada ASIC. Artikel ini menerangkan mengenai asas-asasFPGA dan modul seni bina FPGA yang merangkumi pad I / O, blok logik dan matriks suis. FPGA adalah beberapa kawasan tren baru VLSI. Oleh itu, ini digunakan dalam Projek berasaskan VLSI untuk pelajar kejuruteraan elektronik .


Senibina FPGA

Senibina FPGA umum terdiri daripada tiga jenis modul. Ia adalah blok I / O atau Pad, Switch Matrix / Interconnection Wires dan Conficable logic block (CLB). Senibina FPGA asas mempunyai susunan dua dimensi blok logik dengan kaedah bagi pengguna untuk mengatur hubungan antara blok logik. Fungsi modul seni bina FPGA dibincangkan di bawah:



  • CLB (Blockic Logic Block) merangkumi logik digital, input, output. Ini menerapkan logik pengguna.
  • Sambungan saling memberi arah antara blok logik untuk melaksanakan logik pengguna.
  • Bergantung pada logiknya, matriks suis menyediakan pertukaran antara interkoneksi.
  • Pad I / O digunakan untuk dunia luar untuk berkomunikasi dengan aplikasi yang berbeza.
Senibina FPGA

Senibina FPGA

Blok Logik mengandungi MUX (Multiplexer) , D flip flop dan LUT. LUT melaksanakan fungsi logik kombinasi yang MUX digunakan untuk logik pemilihan, dan D flip flop menyimpan output LUT

Blok asas pembinaan FPGA adalah penjana fungsi berdasarkan Look Up Table. Jumlah input ke LUT berbeza dari 3,4,6, dan bahkan 8 selepas eksperimen. Sekarang, kami mempunyai LUT adaptif yang menyediakan dua output per LUT tunggal dengan pelaksanaan dua fungsi generator.

Blok Logik FPGA

Blok Logik FPGA

Xilinx Virtex-5 adalah FPGA yang paling popular, yang mengandungi Look up Table (LUT) yang dihubungkan dengan MUX, dan flip flop seperti yang dibincangkan di atas. FPGA yang ada terdiri daripada kira-kira ratusan atau ribuan blok logik yang boleh dikonfigurasi. Untuk mengkonfigurasi FPGA, perisian Modelsim dan Xilinx ISE digunakan untuk menghasilkan fail bitstream dan untuk pembangunan.


Jenis FPGA Berdasarkan Aplikasi

Array Gerbang diprogram Lapangan diklasifikasikan kepada tiga jenis berdasarkan aplikasi seperti FPGA kelas rendah, FPGA jarak pertengahan dan FPGA kelas atas.

Jenis FPGA

Jenis FPGA

FPGA Akhir Rendah

Jenis FPGA ini direka untuk penggunaan kuasa rendah, kepadatan logik rendah dan kerumitan rendah per cip. Contoh FPGA kelas rendah adalah keluarga Cyclone dari Altera, keluarga Spartan dari Xilinx, keluarga fusion dari Microsemi dan Mach XO / ICE40 dari semikonduktor Lattice.

FPGA Julat Pertengahan

Jenis FPGA ini adalah penyelesaian optimum antara FPGA kelas bawah dan kelas atas dan ini dikembangkan sebagai keseimbangan antara prestasi dan kos. Contoh FPGA jarak jauh ialah Arria dari Altera, siri Artix-7 / Kintex-7 dari Xlinix, IGL002 dari Microsemi dan siri ECP3 dan ECP5 dari semikonduktor Lattice.

FPGA Akhir Tinggi

Jenis FPGA ini dibangunkan untuk ketumpatan logik dan prestasi tinggi. Contoh FPGA kelas atas adalah keluarga Stratix dari Altera, keluarga Virtex dari Xilinx, keluarga Speedster 22i dari Achronix, dan keluarga ProASIC3 dari Microsemi.

Aplikasi FPGA:

FPGA telah berkembang pesat dalam dekad yang lalu kerana mereka berguna untuk pelbagai aplikasi. Aplikasi khusus FPGA termasuk pemprosesan isyarat digital, bioinformatik, pengawal peranti, radio yang ditentukan perisian, logik rawak, prototaip ASIC, pengimejan perubatan, emulasi perkakasan komputer, mengintegrasikan beberapa SPLD, pengecaman suara , pengkodan kriptografi, penapisan dan komunikasi dan banyak lagi.

Biasanya, FPGA disimpan untuk aplikasi menegak tertentu di mana jumlah pengeluarannya kecil. Untuk aplikasi dengan jumlah rendah ini, syarikat teratas membayar kos perkakasan seunit. Hari ini, dinamika prestasi dan kos baru telah meluaskan rangkaian aplikasi yang layak.

Aplikasi FPGA

Aplikasi FPGA

Beberapa Aplikasi FPGA yang lebih biasa adalah: Aeroangkasa dan Pertahanan, Elektronik Perubatan, Prototaip ASIC, Audio, Automotif, Siaran, Elektronik Pengguna, Sistem Kewangan Teragih, Pusat Data, Pengkomputeran Prestasi Tinggi, Perindustrian, Perubatan, Instrumen Ilmiah, Sistem keselamatan , Pemprosesan Video & Imej, Komunikasi Berwayar, Komunikasi Tanpa Wayar .

Idea Projek Berasaskan FPGA:

Berikut adalah senarai idea projek berasaskan FPGA untuk bereksperimen dengan Verilog HDL dan VHDL untuk pelajar tahun akhir kejuruteraan. The senarai idea projek elektronik berdasarkan FPGA diberikan di bawah:

Idea Projek Berasaskan FPGA

Idea Projek Berasaskan FPGA

  1. Sistem Login Keselamatan Berdasarkan FPGA
  2. CHIP AID Pendengaran Digital Berasaskan FPGA
  3. Senibina Pengekstrakan Ciri-ciri Imej Masa Sebenar Berasaskan FPGA
  4. Reka Bentuk FPGA & Pelaksanaan Decoder Mp4
  5. Berasaskan FPGA Sistem Kawalan Isyarat Lalu Lintas Reka Bentuk dan Pelaksanaan
  6. Penjanaan Pembawa Frekuensi Tinggi berasaskan FPGA untuk Mampatan Nadi Menggunakan Algoritma Kordik
  7. Reka Bentuk dan Sintesis Blok Logik yang Dapat Diprogramkan dengan Pintu Makro dan Campuran LUT
  8. Reka Bentuk, Pelaksanaan, dan Kajian Pemrosesan Set Instruksi Khusus Aplikasi untuk Tugas DSP Tertentu
  9. Reka bentuk dan Pelaksanaan Unit Penyegerakan untuk WCDMA Uplink Receiver
  10. Pelaksanaan FPGA Algoritma FFT untuk IEEE 802.16e (Mobile WiMAX)
  11. Perancangan Berasaskan FPGA dari GPS (Sistem Pemilikan Global) Navigator Mudah Alih -GSM (Sistem Global untuk Mobiles)
  12. Vektor Ruang PWM (Modulasi Lebar Nadi) untuk Penukar Tiga Tahap: Pelaksanaan LabVIEW
  13. Reka bentuk dan Pelaksanaan platform Multi Processor yang Dapat Diprogramkan untuk Pemrosesan Terbenam Berprestasi Tinggi
  14. Sambungan dan Peningkatan Pengoptimuman Pemproses Berprestasi Tinggi untuk FPGA
  15. Pembangunan dan Penilaian Kawalan Berorientasikan Lapangan menggunakan LabVIEW FPGA
  16. Sintesis Frekuensi Digital Langsung di FPGA
  17. Reka Bentuk dan Program Pelbagai Prosesor untuk Pemprosesan Terbenam Berprestasi Tinggi
  18. Reka Bentuk dan Integrasi penerokaan Angkasa Array Kaunter yang Dapat Diprogramkan di Lapangan Menggunakan FPGA
  19. Pelaksanaan FPGA Teleskop Icecube untuk Pengesanan Trek Neutrino
  20. Interpolasi Imej Paparan 3D dalam Firmware
  21. Senibina dan Pelaksanaan Sistem MIMO Sphere
  22. Senibina FFT Cekap Kuasa Superscalar (Fast Fourier Transform)
  23. linear shift shift Register (LFSR) Pengoptimuman kuasa untuk kuasa rendah BIST

Setelah menghabiskan masa berharga anda untuk artikel ini, kami yakin bahawa, anda telah mendapat idea yang baik mengenai seni bina FPGA dan TENTANG memilih topik projek pilihan anda daripada idea projek berdasarkan FPGA, dan berharap anda mempunyai keyakinan yang cukup untuk mengambil topik apa pun dari senarai. Untuk keterangan lebih lanjut dan bantuan mengenai projek-projek ini, anda boleh menulis kepada kami di bahagian komen yang diberikan di bawah.

Kredit Foto: