FPGA

A programozható logikai integrált áramkör ( FPGA , angolul  p rogrammable l ogic d evice , PLD ) egy elektronikus alkatrész ( integrált áramkör ), amelyet konfigurálható digitális elektronikus áramkörök létrehozására használnak . A hagyományos digitális áramköröktől eltérően az FPGA logikáját nem a gyártás során határozzák meg, hanem programozással ( tervezés ) állítják be. A programozáshoz a programozót és az IDE - t használjuk(hibakeresési környezet), amelyek lehetővé teszik egy digitális eszköz kívánt szerkezetének meghatározását kapcsolási rajz vagy program formájában speciális hardverleíró nyelveken ( Verilog , VHDL , AHDL és mások). Az FPGA-k alternatívája:

• BMK - alapmátrix kristályok , amelyek programozásához gyári gyártási folyamat szükséges;
• ASIC  - speciális egyedi gyártású nagy integrált áramkörök (LSI), amelyek jelentősen drágábbak a kisléptékű és egy darabból álló gyártáshoz;
• speciális számítógépek , processzorok (például digitális jelfeldolgozó processzorok ) vagy mikrokontrollerek , amelyek a működésben lévő algoritmusok szoftveres megvalósításának köszönhetően lassabbak, mint az FPGA-k;
• nem programozható digitális eszközök és rendszerek, amelyek előre ismert feladatok megoldására vannak konfigurálva, az úgynevezett „kemény logika” elvei alapján.

Egyes gyártók szoftverprocesszorokat kínálnak az FPGA-khoz , amelyek egy adott feladathoz módosíthatók, majd beépíthetők az FPGA-ba. Ezáltal:

• a nyomtatott áramköri lapon a szabad hely növelése biztosított (lehetőség a kártya méretének csökkentésére);
• Az FPGA kialakítása leegyszerűsített;
• növeli az FPGA sebességét.

Tervezési szakaszok

1. Áramköri diagram vagy program beállítása speciális hardverleíró nyelveken ( Verilog , VHDL , AHDL és mások).
2. Logikai szintézis szintetizátor programok segítségével ( elektromos kapcsolatok listájának beszerzése (szöveg formájában) a hardverleíró nyelven írt absztrakt modellből ).
3. Készülék nyomtatott áramköri lapjának tervezése számítógéppel támogatott tervezési ( CAD ) rendszerrel nyomtatott áramköri lapokhoz ( Altium Designer , P-CAD és mások), amely FPGA chipet és egyéb elektronikus alkatrészeket (ellenállásokat, kondenzátorokat, generátorokat, ADC-ket) tartalmaz. , csatlakozók és mások).
4. FPGA konfigurációs fájl létrehozása.
5. Konfigurációs fájl betöltése FPGA lapkára vagy külön memóriachipbe. A betöltés eredményeként az FPGA chip megkapja a megadott funkcionalitást.

Alkalmazás

Az FPGA-t széles körben használják különféle összetettségű és képességű digitális eszközök készítésére , például:

• eszközök nagyszámú I / O porttal (vannak több mint 1000 kimenettel rendelkező FPGA-k ("tűk");
• digitális jelfeldolgozást (DSP) végző eszközök ;
• digitális videó audio berendezések;
• olyan eszközök, amelyek nagy sebességgel továbbítják az adatokat ;
• kriptográfiai műveleteket végző eszközök , információbiztonsági rendszerek ;
• speciális célú integrált áramkörök (ASIC) tervezésére és prototípus-készítésére szolgáló eszközök ;
• olyan eszközök, amelyek hídként (kapcsolóként) működnek a különböző logikájú és tápfeszültségű rendszerek között;
• neurochipek megvalósításai ;
• olyan eszközök, amelyek kvantumszámítási szimulációkat hajtanak végre ;
• radarinformációkat feldolgozó eszközök .

FPGA típusok

Korai FPGA-k

1970 -ben a Texas Instruments (a továbbiakban: "TI") az IBM -től asszociatív ROM -on (ROAM) alapuló maszkolt (vagyis maszk segítségével programozható, angolul  mask-programozható ) integrált áramköröket (a továbbiakban IC-k) fejlesztett ki . Ezt a chipet TMS2000-nek hívták, és az IC gyártási folyamata során fémrétegek váltakozásával programozták . A TMS2000-nek 17 bemenete és 18 kimenete volt, 8 JK flip-flop memóriával. Ezekre az eszközökre a TI alkotta meg a PLA kifejezést . programozható logikai tömb  - programozható logikai mátrix.  

PAL

A PAL ( programable array logic ) a  logika programozható tömbje (mátrixa). A Szovjetunióban a PLA és a PLM nem különbözött egymástól, és PLA-nak ( programozható logikai mátrixnak ) nevezték el . A PLA és a PLM közötti különbség a belső struktúra (mátrixok) programozásának elérhetősége.

GAL

A GAL ( általános  tömblogika ) olyan FPGA-k, amelyek programozható ÉS mátrixszal és rögzített VAGY mátrixszal rendelkeznek.

CPLD

A CPLD -k ( angolul  komplex programozható logikai eszköz  - komplex programozható logikai eszközök) viszonylag nagy programozható logikai blokkokat tartalmaznak - külső kimenetekhez és belső buszokhoz kapcsolódó makrocellák . A CPLD funkciók nem felejtő memóriába vannak kódolva , így nincs szükség bekapcsoláskor újraprogramozni őket. Használható I/O bővítésre nagy chipek mellett, vagy jel előfeldolgozásra (pl. COM port vezérlő , USB , VGA ).

FPGA

Az FPGA ( field-programable gate array ) a jelfeldolgozásban (DSP, eng  . digital signal processing ) széles körben alkalmazott szorzás-összegzés blokkokat, valamint logikai elemeket (általában konverziós táblákon - igazságtáblázatokon alapuló) és azok kapcsolási blokkjait tartalmaz. . Az FPGA-kat jellemzően jelfeldolgozásra használják, több logikai kapujuk van, és rugalmasabb felépítésűek, mint a CPLD-k. Az FPGA programja elosztott memóriában van tárolva, amely végrehajtható illékony statikus RAM cellák alapján is (ilyen mikroáramköröket például a Xilinx és az Altera gyárt ) - ebben az esetben a program nem kerül mentésre, amikor A mikroáramkör tápellátása megszakad, és a nem felejtő flash memória cellákon vagy a biztosítékvédő jumpereken alapul (az ilyen mikroáramköröket az Actel és a Lattice Semiconductor gyártja ) - ezekben az esetekben a program mentésre kerül, amikor az áramellátás megszűnik. Ha a program az illékony memóriában van tárolva , akkor a mikroáramkör minden egyes bekapcsolásakor újra kell konfigurálni a bootloader segítségével, amely magába az FPGA-ba is beépíthető. Az FPGA alternatívája Az FPGA-k a lassabb digitális jelfeldolgozók. Az FPGA-kat univerzális processzorgyorsítóként is használják szuperszámítógépekben (például a Cray Cray XD1 számítógépe , a Silicon Graphics ("SGI") RASC projektje ). 

A világ néhány FPGA gyártója

• Achronix
• Actel
• Altera
• Atmel
• Rácsos félvezető
• Xilinx [1]
• TSMC

Lásd még

• Programozható analóg integrált áramkör
• Felhasználó programozható kaputömb
• Perifériás szkennelés
• Rendszer chipen

Jegyzetek

1. ↑ Slyusar V.I. Az áramkörök fejlesztése a Közép-afrikai Köztársaságban: néhány eredmény. 2. rész.// Az első mérföld. Utolsó mérföld (melléklet az "Elektronika: tudomány, technológia, üzlet" című folyóirathoz). – N2. - 2018. S. 76 - 80. (2018). Letöltve: 2020. április 6. Az eredetiből archiválva : 2018. június 20. (határozatlan)

Irodalom

• Ugryumov EP 7. fejezet Programozható logikai tömbök, programozható mátrix logika, alapvető mátrixkristályok / Digitális áramkör tervezés. Proc. juttatás az egyetemek számára. 2. kiadás, BHV-Petersburg, 2004. S. 357.

Linkek

• Fejlesztési példa a WinCupl-ban az SPLD ATF16V8-on .
• Xilinx FPGA tervezési videós oktatóanyagok Archiválva 2012. július 2-án a Wayback Machine -nél .
• Ismert cégek FPGA-inak leírása .
• Solovyov V., Klimovich A. " Bevezetés az FPGA-kon kombinált áramkörök tervezésébe Archiválva : 2011. szeptember 17. a Wayback Machine -nél ".
• " FPGA Design in Altera Quartus II Archiválva : 2013. augusztus 20. a Wayback Machine -nél ".
• Platformok. FPGA technológia és alkalmazása neurochipek létrehozására A Wayback Machine 2011. április 15-i archív másolata .
• V. Steshenko, Frequency Shift Keying Signals digitális demodulátorainak FPGA megvalósítása . Osztály SM5 MSTU im. N. E. Bauman .
• Steshenko V. " Az FPGA digitális jelfeldolgozására szolgáló berendezések fejlesztésének iskolája ".
• A modern FPGA számítógépek és a hozzájuk tartozó alkatrészek fő gyártói A Wayback Machine 2021. augusztus 18-i archivált példánya .