Термин FPGA означает программируемую вентильную матрицу и является одним из типов микросхема полупроводниковой логики которые можно запрограммировать, чтобы они стали практически любой системой или цифровой схемой, подобной PLD. PLDS ограничены сотнями вентилей, но FPGA поддерживают тысячи вентилей. Конфигурация архитектуры FPGA обычно указывается с использованием языка, например HDL (язык описания оборудования), который аналогичен тому, который используется для ASIC (интегральная схема для конкретных приложений).
Программируемые пользователем вентильные матрицы
FPGA могут обеспечить ряд преимуществ по сравнению с технологией ASIC с фиксированными функциями, например, со стандартными ячейками. Обычно производство ASIC занимает месяцы, а стоимость их приобретения составляет тысячи долларов. Но ПЛИС изготавливаются менее чем за секунду, стоимость будет от нескольких долларов до тысячи долларов. Гибкая природа ПЛИС требует значительных затрат, энергопотребления и задержки. По сравнению со стандартной микросхемой ASIC, FPGA требует в 20-35 раз больше площади, а производительность будет в 3-4 раза ниже, чем у ASIC. В этой статье описываются основы FPGA и модуль архитектуры FPGA, который включает панель ввода-вывода, логические блоки и матрицу переключателей. ПЛИС - одна из новых тенденций в области СБИС. Поэтому они используются в Проекты на основе СБИС для студентов-электронщиков .
Архитектура ПЛИС
Общая архитектура FPGA состоит из модулей трех типов. Это блоки ввода / вывода или контактные площадки, матрица переключателей / соединительные провода и блоки настраиваемой логики (CLB). Базовая архитектура FPGA имеет двумерные массивы логических блоков со средствами, позволяющими пользователю организовать взаимосвязь между логическими блоками. Функции модуля архитектуры FPGA обсуждаются ниже:
- CLB (Configurable Logic Block) включает цифровую логику, входы, выходы. Он реализует пользовательскую логику.
- Межсоединения обеспечивают направление между логическими блоками для реализации пользовательской логики.
- В зависимости от логики коммутационная матрица обеспечивает переключение между межсоединениями.
- Платы ввода-вывода используются для внешнего мира для связи с различными приложениями.
Архитектура ПЛИС
Логический блок содержит MUX (мультиплексор) , D триггер и LUT. LUT реализует комбинационные логические функции, MUX используется для логики выбора, а D-триггер хранит выходные данные LUT
Основным строительным блоком FPGA является генератор функций на основе таблицы поиска. Количество входов в LUT варьируется от 3,4,6 до 8 после экспериментов. Теперь у нас есть адаптивные LUT, которые обеспечивают два выхода на одну LUT с реализацией двух генераторов функций.
Логический блок ПЛИС
Xilinx Virtex-5 - самая популярная FPGA, которая содержит таблицу поиска (LUT), которая связана с MUX, и триггер, как обсуждалось выше. Современная ПЛИС состоит из сотен или тысяч настраиваемых логических блоков. Для настройки FPGA используются программы Modelsim и Xilinx ISE для генерации файла битового потока и для разработки.
Типы ПЛИС на основе приложений
Программируемые вентильные матрицы подразделяются на три типа в зависимости от приложений, таких как ПЛИС низкого уровня, ПЛИС среднего уровня и ПЛИС высокого класса.
Типы ПЛИС
ПЛИС низкого уровня
Эти типы ПЛИС разработаны с учетом низкого энергопотребления, низкой логической плотности и низкой сложности на кристалле. Примерами ПЛИС нижнего уровня являются семейство Cyclone от Altera, семейство Spartan от Xilinx, семейство fusion от Microsemi и Mach XO / ICE40 от Lattice semiconductor.
ПЛИС среднего уровня
Эти типы ПЛИС являются оптимальным решением между ПЛИС низкого и высокого уровня, и они разработаны как баланс между производительностью и стоимостью. Примерами ПЛИС среднего уровня являются Arria от Altera, серии Artix-7 / Kintex-7 от Xlinix, IGL002 от Microsemi и серии ECP3 и ECP5 от Lattice semiconductor.
ПЛИС высокого класса
Эти типы ПЛИС разработаны для обеспечения логической плотности и высокой производительности. Примерами высокопроизводительных ПЛИС являются семейство Stratix от Altera, семейство Virtex от Xilinx, семейство Speedster 22i от Achronix и семейство ProASIC3 от Microsemi.
Применения ПЛИС:
За последнее десятилетие FPGA получили быстрый рост, потому что они полезны для широкого спектра приложений. Конкретное применение FPGA включает цифровую обработку сигналов, биоинформатику, контроллеры устройств, программно-определяемое радио, случайную логику, прототипирование ASIC, визуализацию медицинского оборудования, эмуляцию компьютерного оборудования, интеграцию нескольких SPLD, распознавание голоса , криптография, фильтрация и кодирование сообщений и многое другое.
Обычно ПЛИС используются для конкретных вертикальных приложений, где объем производства невелик. Для этих небольших приложений ведущие компании оплачивают стоимость оборудования за единицу. Сегодня новая динамика производительности и стоимости расширили диапазон жизнеспособных приложений.
Приложения FPGA
Некоторые более распространенные приложения FPGA: аэрокосмическая и оборонная промышленность, медицинская электроника, создание прототипов ASIC, аудио, автомобильная промышленность, радиовещание, бытовая электроника, распределенные денежные системы, центры обработки данных, высокопроизводительные вычисления, промышленные, медицинские, научные инструменты, Охранные системы , Обработка видео и изображений, проводная связь, Беспроводная связь .
Идеи проектов на основе FPGA:
Вот список проектных идей на основе FPGA для экспериментов с Verilog HDL и VHDL для студентов последних курсов инженерных специальностей. В список идей электронных проектов на базе ПЛИС приведен ниже:
Идеи проектов на основе ПЛИС
- Система безопасного входа на основе ПЛИС
- ЧИП цифрового слухового аппарата на базе FPGA
- Архитектура извлечения функций изображения в реальном времени на основе ПЛИС
- Разработка и реализация Mp4-декодеров на основе FPGA
- На базе FPGA Система контроля дорожного движения Дизайн и реализация
- Генерация высокочастотной несущей на основе ПЛИС для сжатия импульсов с использованием кордового алгоритма
- Проектирование и синтез программируемых логических блоков с макросъемкой и смешанной LUT
- Разработка, реализация и исследование процессора набора инструкций для конкретного приложения для конкретной задачи DSP
- Разработка и реализация блока синхронизации для приемника восходящего канала WCDMA
- Реализация алгоритма БПФ на базе FPGA для IEEE 802.16e (Mobile WiMAX)
- Проектирование на основе ПЛИС GPS (глобальная система позиционирования) -GSM (Глобальные системы для мобильных телефонов) Мобильный навигатор
- Космический вектор ШИМ (широтно-импульсная модуляция) для трехуровневых преобразователей: реализация LabVIEW
- Разработка и реализация программируемой многопроцессорной платформы для высокопроизводительной встроенной обработки
- Расширение и усовершенствование для оптимизации высокопроизводительных процессоров для ПЛИС
- Разработка и оценка ориентированного управления с использованием LabVIEW FPGA
- Прямой цифровой синтез частоты в ПЛИС
- Разработка и программирование многопроцессорной платформы для высокопроизводительной встроенной обработки
- Разработка и интеграция космических исследований программируемых счетчиков с использованием ПЛИС
- Реализация телескопа Icecube на ПЛИС для обнаружения треков нейтрино
- Интерполяция изображения 3D-дисплея в прошивке
- Архитектура и реализация системы MIMO Sphere
- Суперскалярная энергоэффективная архитектура БПФ (быстрое преобразование Фурье)
- Регистр сдвига с линейной обратной связью (LFSR) Оптимизация мощности для маломощных BIST
Потратив свое драгоценное время на эту статью, мы полагаем, что вы получили хорошее представление об архитектуре ПЛИС и О выборе темы проекта по вашему выбору из идей проектов на основе ПЛИС, и надеемся, что у вас хватит уверенности, чтобы заняться любой темой. из списка. Для получения дополнительной информации и помощи по этим проектам вы можете написать нам в разделе комментариев ниже.
Фото:
- Программируемые пользователем вентильные матрицы прочный
- Идеи проектов на основе FPGA, автор: rtcmagazine
