คำว่า FPGA ย่อมาจาก Field Programmable Gate Array และเป็นประเภท ชิปตรรกะเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งสามารถตั้งโปรแกรมให้กลายเป็นระบบหรือวงจรดิจิทัลได้เกือบทุกชนิดเช่นเดียวกับ PLD PLDS ถูก จำกัด ไว้ที่หลายร้อยประตู แต่ FPGA รองรับหลายพันประตู โดยทั่วไปการกำหนดค่าสถาปัตยกรรม FPGA จะระบุโดยใช้ภาษาเช่น HDL (ภาษาคำอธิบายฮาร์ดแวร์) ซึ่งคล้ายกับภาษาที่ใช้สำหรับ ASIC (วงจรรวมเฉพาะแอปพลิเคชัน)

อาร์เรย์เกทที่ตั้งโปรแกรมฟิลด์ได้

FPGA สามารถให้ข้อได้เปรียบหลายประการเหนือเทคโนโลยี ASIC แบบฟังก์ชันคงที่เช่นเซลล์มาตรฐาน โดยปกติ ASIC จะใช้เวลาหลายเดือนในการผลิตและค่าใช้จ่ายของพวกเขาจะเป็นพันดอลลาร์เพื่อให้ได้มาซึ่งอุปกรณ์ แต่ FPGA ถูกประดิษฐ์ขึ้นในเวลาไม่ถึงหนึ่งวินาทีค่าใช้จ่ายจะอยู่ที่ไม่กี่ดอลลาร์ถึงหนึ่งพันดอลลาร์ลักษณะที่ยืดหยุ่นของ FPGA นั้นมาจากพื้นที่ costin ที่สำคัญการใช้พลังงานและความล่าช้าเมื่อเปรียบเทียบกับ ASIC เซลล์มาตรฐาน FPGA ต้องการพื้นที่เพิ่มขึ้น 20 ถึง 35 เท่าและประสิทธิภาพของความเร็วจะช้ากว่า ASIC 3 ถึง 4 เท่า บทความนี้อธิบายเกี่ยวกับพื้นฐาน FPGA และโมดูลสถาปัตยกรรม FPGA ที่มีแผ่น I / O บล็อกลอจิกและเมทริกซ์สวิตช์ FPGA เป็นพื้นที่ที่ได้รับความนิยมใหม่ของ VLSI ดังนั้นจึงใช้สิ่งเหล่านี้ใน โครงการที่ใช้ VLSI สำหรับนักศึกษาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ .

“วิธีสร้างคลื่นไซน์ ”

สถาปัตยกรรม FPGA

สถาปัตยกรรม FPGA ทั่วไปประกอบด้วยโมดูลสามประเภท พวกเขาคือบล็อก I / O หรือ Pads, Switch Matrix / Interconnection Wires และ Configurable Logic Blocks (CLB) สถาปัตยกรรม FPGA พื้นฐานมีอาร์เรย์สองมิติของบล็อกลอจิกพร้อมด้วยวิธีการสำหรับผู้ใช้ในการจัดเรียงการเชื่อมต่อระหว่างบล็อกลอจิก ฟังก์ชั่นของโมดูลสถาปัตยกรรม FPGA จะกล่าวถึงด้านล่าง:

CLB (Configurable Logic Block) ประกอบด้วยลอจิกดิจิตอลอินพุตเอาต์พุต มันใช้ตรรกะของผู้ใช้
การเชื่อมต่อระหว่างกันให้ทิศทางระหว่างบล็อกตรรกะเพื่อใช้ตรรกะของผู้ใช้
เมทริกซ์สวิตช์ให้การสลับระหว่างการเชื่อมต่อระหว่างกันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับตรรกะ
I / O Pads ใช้สำหรับโลกภายนอกเพื่อสื่อสารกับแอพพลิเคชั่นต่างๆ

สถาปัตยกรรม FPGA

Logic Block ประกอบด้วย MUX (มัลติเพล็กเซอร์) , D ฟลิปฟลอปและ LUT. LUT ใช้ฟังก์ชันลอจิกแบบผสมที่ MUX ใช้สำหรับลอจิกการเลือกและ D flip flop เก็บเอาต์พุตของ LUT

โครงสร้างพื้นฐานของ FPGA คือตัวสร้างฟังก์ชันตามตารางค้นหา จำนวนอินพุตของ LUT แตกต่างกันไปตั้งแต่ 3,4,6 และ 8 หลังจากการทดลอง ตอนนี้เรามี LUT แบบปรับได้ที่ให้สองเอาต์พุตต่อ LUT เดียวพร้อมกับการใช้งานตัวกำเนิดฟังก์ชันสองตัว

FPGA Logic Block

Xilinx Virtex-5 เป็น FPGA ที่ได้รับความนิยมสูงสุดซึ่งมี Look up Table (LUT) ซึ่งเชื่อมต่อกับ MUX และฟลิปฟล็อปตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ปัจจุบัน FPGA ประกอบด้วยบล็อกลอจิกที่กำหนดค่าได้ประมาณหลายร้อยหรือหลายพันรายการ สำหรับการกำหนดค่า FPGA ซอฟต์แวร์ Modelsim และ Xilinx ISE ใช้เพื่อสร้างไฟล์บิตสตรีมและสำหรับการพัฒนา

ประเภทของ FPGA ขึ้นอยู่กับการใช้งาน

อาร์เรย์เกทที่ตั้งโปรแกรมฟิลด์ได้แบ่งออกเป็นสามประเภทตามแอปพลิเคชันเช่น FPGA ระดับต่ำ, FPGA ช่วงกลางและ FPGA ระดับสูง

“วิธีทดสอบตัวเก็บประจุด้วยโวลต์มิเตอร์ ”

ประเภทของ FPGA

FPGA ระดับต่ำ

FPGA ประเภทนี้ออกแบบมาเพื่อการใช้พลังงานต่ำความหนาแน่นลอจิกต่ำและความซับซ้อนต่อชิปต่ำ ตัวอย่างของ FPGA ระดับล่าง ได้แก่ ตระกูล Cyclone จาก Altera ตระกูล Spartan จาก Xilinx ตระกูลฟิวชั่นจาก Microsemi และ Mach XO / ICE40 จาก Lattice semiconductor

FPGA ช่วงกลาง

FPGA ประเภทนี้เป็นทางออกที่ดีที่สุดระหว่าง FPGA ระดับล่างและระดับไฮเอนด์และได้รับการพัฒนาเพื่อความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน ตัวอย่างของ FPGA ระดับกลาง ได้แก่ Arria จาก Altera, Artix-7 / Kintex-7 series จาก Xlinix, IGL002 จาก Microsemi และ ECP3 และ ECP5 series จาก Lattice semiconductor

FPGA ระดับไฮเอนด์

FPGA ประเภทนี้ได้รับการพัฒนาเพื่อความหนาแน่นของตรรกะและประสิทธิภาพสูง ตัวอย่างของ FPGA ระดับไฮเอนด์ ได้แก่ ตระกูล Stratix จาก Altera ตระกูล Virtex จาก Xilinx ตระกูล Speedster 22i จาก Achronix และตระกูล ProASIC3 จาก Microsemi

การใช้งาน FPGA:

FPGA เติบโตอย่างรวดเร็วในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาเนื่องจากมีประโยชน์สำหรับการใช้งานที่หลากหลาย แอปพลิเคชันเฉพาะของ FPGA ได้แก่ การประมวลผลสัญญาณดิจิทัลชีวสารสนเทศศาสตร์ตัวควบคุมอุปกรณ์วิทยุที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ตรรกะแบบสุ่มการสร้างต้นแบบ ASIC การสร้างภาพทางการแพทย์การจำลองฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์การรวม SPLD หลายตัว การจดจำเสียง การเข้ารหัสการกรองและการเข้ารหัสการสื่อสารและอื่น ๆ อีกมากมาย

โดยปกติ FPGA จะถูกเก็บไว้สำหรับการใช้งานแนวตั้งโดยเฉพาะที่ปริมาณการผลิตมีขนาดเล็ก สำหรับแอปพลิเคชั่นปริมาณน้อยเหล่านี้ บริษัท ชั้นนำจะจ่ายเป็นต้นทุนฮาร์ดแวร์ต่อหน่วย ปัจจุบันพลวัตด้านประสิทธิภาพและต้นทุนใหม่ได้ขยายขอบเขตการใช้งานที่สามารถทำงานได้

การใช้งาน FPGA

แอปพลิเคชั่น FPGA ทั่วไปบางอย่าง ได้แก่ การบินและอวกาศและการป้องกัน, อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทางการแพทย์, การสร้างต้นแบบ ASIC, เสียง, ยานยนต์, การออกอากาศ, เครื่องใช้ไฟฟ้า, ระบบการเงินแบบกระจาย, ศูนย์ข้อมูล, คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง, อุตสาหกรรม, การแพทย์, เครื่องมือวิทยาศาสตร์, ระบบรักษาความปลอดภัย , การประมวลผลวิดีโอและรูปภาพ, การสื่อสารแบบใช้สาย, การสื่อสารไร้สาย .

แนวคิดโครงการตาม FPGA:

นี่คือรายการแนวคิดโครงการที่ใช้ FPGA สำหรับการทดลองกับ Verilog HDL และ VHDL สำหรับนักศึกษาวิศวกรรมศาสตร์ชั้นปีสุดท้าย รายการแนวคิดโครงการอิเล็กทรอนิกส์ ขึ้นอยู่กับ FPGA ได้รับด้านล่าง:

“ไดอะแกรมการเดินสายมอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟส ”

แนวคิดโครงการตาม FPGA

ระบบความปลอดภัยเข้าสู่ระบบขึ้นอยู่กับ FPGA
ชิปเครื่องช่วยฟังดิจิตอลที่ใช้ FPGA
สถาปัตยกรรมการสกัดคุณสมบัติภาพตามเวลาจริงตาม FPGA
การออกแบบตาม FPGA และการใช้งานตัวถอดรหัส Mp4
ตาม FPGA ระบบควบคุมสัญญาณไฟจราจร การออกแบบและการใช้งาน
การสร้างผู้ให้บริการความถี่สูงที่ใช้ FPGA สำหรับการบีบอัดพัลส์โดยใช้ Cordic Algorithm
การออกแบบและการสังเคราะห์บล็อกลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้ด้วย Macro gate และ Mixed LUT
ชุดคำสั่งเฉพาะแอปพลิเคชันการออกแบบตัวประมวลผลการใช้งานและการศึกษาสำหรับงาน DSP เฉพาะ
การออกแบบและการใช้งานหน่วยซิงโครไนซ์สำหรับ WCDMA Uplink Receiver
การใช้งาน FPGA ของ FFT Algorithm สำหรับ IEEE 802.16e (Mobile WiMAX)
การออกแบบตาม FPGA ของ GPS (Global Possitioning System) -GSM (Global Systems for Mobiles) Mobile Navigator
เวกเตอร์อวกาศ PWM (การมอดูเลตความกว้างพัลส์) สำหรับตัวแปลงสามระดับ: การใช้งาน LabVIEW
การออกแบบและการใช้งานแพลตฟอร์มโปรเซสเซอร์หลายตัวที่ตั้งโปรแกรมได้สำหรับการประมวลผลแบบฝังตัวที่มีประสิทธิภาพสูง
ส่วนขยายการเพิ่มประสิทธิภาพโปรเซสเซอร์ประสิทธิภาพสูงและการปรับปรุงสำหรับ FPGA
การพัฒนาและการประเมินผลการควบคุมเชิงภาคสนามโดยใช้ LabVIEW FPGA
การสังเคราะห์ความถี่ดิจิตอลโดยตรงใน FPGA
ออกแบบและตั้งโปรแกรมแพลตฟอร์มมัลติโปรเซสเซอร์สำหรับการประมวลผลแบบฝังตัวประสิทธิภาพสูง
การออกแบบและการรวมการสำรวจอวกาศของอาร์เรย์ตัวนับที่ตั้งโปรแกรมภาคสนามโดยใช้ FPGA
การติดตั้ง FPGA ของกล้องโทรทรรศน์ Icecube สำหรับการตรวจจับ Neutrino Track
การแก้ไขภาพของการแสดงผล 3 มิติในเฟิร์มแวร์
สถาปัตยกรรมและการใช้งานระบบ MIMO Sphere
Superscalar Power Efficient FFT (Fast Fourier Transform) สถาปัตยกรรม
linear feedback shift Register (LFSR) การเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานสำหรับ BIST ที่ใช้พลังงานต่ำ

หลังจากใช้เวลาอันมีค่าของคุณกับบทความนี้เราเชื่อว่าคุณมีความคิดที่ดีเกี่ยวกับสถาปัตยกรรม FPGA และเกี่ยวกับการเลือกหัวข้อโครงการที่คุณเลือกจากแนวคิดโครงการตาม FPGA และหวังว่าคุณจะมีความมั่นใจเพียงพอที่จะทำหัวข้อใด ๆ จากรายการ สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมและความช่วยเหลือเกี่ยวกับโครงการเหล่านี้คุณสามารถเขียนถึงเราได้ในส่วนความคิดเห็นด้านล่าง

เครดิตภาพ: