Udtrykket FPGA står for Field Programmable Gate Array, og det er en type halvleder logikchip som kan programmeres til at blive næsten enhver form for system eller digitalt kredsløb svarende til PLD'er. PLDS er begrænset til hundredvis af porte, men FPGA'er understøtter tusinder af porte. Konfigurationen af FPGA-arkitekturen er generelt specificeret ved hjælp af et sprog, dvs. HDL (hardwarebeskrivelsessprog), der ligner det, der bruges til et ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

Feltprogrammerbare portarrays

FPGA'er kan give en række fordele i forhold til en ASIC-teknologi med fast funktion, såsom standardceller. Normalt tager ASIC'er måneder at fremstille, og prisen på dem vil være tusindvis af dollars for at få enheden. Men, FPGA'er er fremstillet på mindre end et sekund, omkostningerne vil være fra et par dollars til tusind dollars. FPGA's fleksible karakter har et betydeligt omkostningsområde, strømforbrug og forsinkelse. Sammenlignet med en standardcelle-ASIC, en FPGA kræver 20 til 35 gange mere areal, og hastighedens ydeevne vil være 3 til 4 gange langsommere end ASIC. Denne artikel beskriver grundlæggende omFPFP og FPGA-arkitekturmodul, der inkluderer I / O-pad, logiske blokke og switchmatrix. FPGA'er er nogle af de nye trendområder i VLSI. Derfor bruges disse i VLSI-baserede projekter til elektroniske ingeniørstuderende .

“lyd aktiveret på slukkontakten ”

FPGA-arkitektur

Den generelle FPGA-arkitektur består af tre typer moduler. De er I / O-blokke eller -pads, Switch Matrix / Interconnection Wires og Configurable logic blocks (CLB). Den grundlæggende FPGA-arkitektur har to dimensionelle arrays af logiske blokke med et middel til, at en bruger kan arrangere sammenkoblingen mellem de logiske blokke. Funktionerne i et FPGA-arkitekturmodul diskuteres nedenfor:

CLB (Configurable Logic Block) inkluderer digital logik, indgange, udgange. Det implementerer brugerlogikken.
Interconnects giver retning mellem logikblokkene for at implementere brugerlogikken.
Afhængigt af logikken giver switchmatrix skift mellem interconnects.
I / O-elektroder bruges til omverdenen til at kommunikere med forskellige applikationer.

FPGA-arkitektur

Logikblok indeholder MUX (Multiplexer) , D flip flop og LUT. LUT implementerer de logiske kombinationsfunktioner, MUX bruges til valglogik, og D flip flop lagrer output fra LUT

Den grundlæggende byggesten i FPGA er Look Up Table-baseret funktionsgenerator. Antallet af input til LUT varierer fra 3,4,6 og endda 8 efter eksperimenter. Nu har vi adaptive LUT'er, der giver to output pr. Enkelt LUT med implementeringen af to funktionsgeneratorer.

FPGA Logic Block

Xilinx Virtex-5 er den mest populære FPGA, der indeholder et Look up Table (LUT), der er forbundet med MUX, og en flip-flop som beskrevet ovenfor. Nuværende FPGA består af omkring hundreder eller tusinder af konfigurerbare logiske blokke. Til konfiguration af FPGA bruges Modelsim og Xilinx ISE-software til at generere en bitstream-fil og til udvikling.

Typer af FPGA'er baseret på applikationer

Feltprogrammerbare gate arrays er klassificeret i tre typer baseret på applikationer såsom low-end FPGA'er, mellemklasse FPGA'er og high-end FPGA'er.

“op amp højpasfilter ”

Typer af FPGA'er

FPGA'er med lave ende

Disse typer FPGA'er er designet til lavt strømforbrug, lav logisk tæthed og lav kompleksitet pr. Chip. Eksempler på low-end FPGA'er er Cyclone-familie fra Altera, Spartan-familie fra Xilinx, fusionsfamilie fra Microsemi og Mach XO / ICE40 fra Lattice halvleder.

Mellemklasse FPGA'er

Disse typer FPGA'er er den optimale løsning mellem low-end og high-end FPGA'er, og disse er udviklet som en balance mellem ydeevne og omkostninger. Eksempler på mellemstore FPGA'er er Arria fra Altera, Artix-7 / Kintex-7-serien fra Xlinix, IGL002 fra Microsemi og ECP3 og ECP5-serien fra Gitter halvleder.

High End FPGA'er

Disse typer FPGA'er er udviklet til logisk tæthed og høj ydeevne. Eksempler på avancerede FPGA'er er en Stratix-familie fra Altera, Virtex-familien fra Xilinx, Speedster 22i-familien fra Achronix og ProASIC3-familien fra Microsemi.

Anvendelser af FPGA:

FPGA'er har fået hurtig vækst i løbet af det sidste årti, fordi de er nyttige til en lang række applikationer. Specifik anvendelse af en FPGA inkluderer digital signalbehandling, bioinformatik, enhedskontrollere, softwaredefineret radio, tilfældig logik, ASIC-prototyping, medicinsk billeddannelse, computerhardwaremulering, integrering af flere SPLD'er, stemmegenkendelse , kryptografi, filtrering og kommunikationskodning og mange flere.

Normalt opbevares FPGA'er til bestemte lodrette applikationer, hvor produktionsvolumenet er lille. For disse applikationer med lavt volumen betaler de største virksomheder hardwareomkostninger pr. Enhed. I dag har den nye præstationsdynamik og omkostningerne udvidet rækken af levedygtige applikationer.

Anvendelser af FPGA

Nogle mere almindelige FPGA-applikationer er: Aerospace and Defense, Medical Electronics, ASIC Prototyping, Audio, Automotive, Broadcast, Consumer Electronics, Distributed Monetary Systems, Data Center, High Performance Computing, Industrial, Medical, Scientific Instruments, Sikkerhedssystemer , Video- og billedbehandling, kabelforbundet kommunikation, Trådløs kommunikation .

FPGA-baserede projektidéer:

Her er en liste over FPGA-baserede projektideer til eksperimentering med Verilog HDL og VHDL for sidste års ingeniørstuderende. Det liste over elektroniske projektideer baseret på FPGA er angivet nedenfor:

“dobbeltpol dobbeltkast skematisk ”

FPGA-baserede projektideer

Sikkerheds login system baseret på FPGA
FPGA-baseret digital høreapparatchip
En FPGA-baseret realtidsbilledfunktionsekstraktionsarkitektur
FPGA-baseret design og implementering af Mp4-dekodere
FPGA-baseret Trafiksignalkontrolsystem Design og implementering
FPGA-baseret højfrekvent bæreregenerering til pulskompression ved hjælp af kordisk algoritme
Programmerbar logisk blokdesign og syntese med makroport og blandet LUT
Applikationsspecifik instruktionssæt Processordesign, implementering og undersøgelse af en specifik DSP-opgave
Synkroniseringsenhedens design og implementering til WCDMA Uplink-modtager
FPGA Implementering af FFT-algoritme til IEEE 802.16e (Mobile WiMAX)
FPGA-baseret design af GPS (Global Possitioning System) -GSM (Global Systems for Mobiles) Mobile Navigator
Rumvektor PWM (pulsbreddemodulation) til konvertere med tre niveauer: en LabVIEW-implementering
Design og implementering af en programmerbar Multi Processor-platform til højtydende integreret behandling
High Performance Processor Optimization Extension og forbedring til FPGA'er
Feltorienteret kontroludvikling og evaluering ved hjælp af LabVIEW FPGA
Direkte digital frekvenssyntese i FPGA'er
Design og program Multi-Processor Platform til højtydende integreret behandling
Design og integration af pladsudforskning af feltprogrammerbare modarrays ved hjælp af FPGA
En FPGA-implementering af Icecube-teleskopet til detektion af neutrino-spor
Billedinterpolering af 3D-skærm i firmware
MIMO Sphere System Architecture and Implementation
Superscalar Power Efficient FFT (Fast Fourier Transform) -arkitektur
lineær feedback shift Register (LFSR) Effektoptimering til BIST med lav effekt

Efter at have brugt din værdifulde tid på denne artikel, mener vi, at du har en god ide om FPGA-arkitektur og OM at vælge det valgte projektemne fra de FPGA-baserede projektideer, og håber at du har tilstrækkelig tillid til at tage ethvert emne op fra listen. For yderligere detaljer og hjælp til disse projekter, kan du skrive til os i kommentarfeltet nedenfor.

Fotokreditter: