Termen FPGA står för Field Programmable Gate Array och det är en typ av halvledarlogikchip som kan programmeras för att bli nästan vilken typ av system eller digital krets som helst, liknande PLD. PLDS är begränsat till hundratals portar, men FPGA stöder tusentals portar. Konfigurationen av FPGA-arkitekturen specificeras vanligtvis med ett språk, dvs. HDL (Hardware Description language) som liknar det som används för en ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

Fältprogrammerbara grindarrayer

FPGA kan ge ett antal fördelar jämfört med en ASIC-teknik med fast funktion, såsom standardceller. Normalt tar ASIC-enheter månader att tillverka och kostnaden för dem kommer att vara tusentals dollar för att få enheten. Men, FPGA: er tillverkas på mindre än en sekund, kostnaden kommer att vara från några dollar till tusen dollar. FPGA: s flexibla natur har ett betydande kostnadsområde, strömförbrukning och fördröjning. Jämfört med en standardcell ASIC, en FPGA kräver 20 till 35 gånger mer yta, och hastighetens prestanda blir 3 till 4 gånger långsammare än ASIC. Den här artikeln beskriver grundläggande grunder för FFPGA och FPGA-arkitekturen som inkluderar I / O-pad, logikblock och switchmatris. FPGA är några av de nya trendområdena i VLSI. Därför används dessa i VLSI-baserade projekt för elteknikstudenter .

“vad gör ett gyroskop ”

FPGA-arkitektur

Den allmänna FPGA-arkitekturen består av tre typer av moduler. De är I / O-block eller Pads, Switch Matrix / Interconnection Wires och Configurable logic blocks (CLB). Den grundläggande FPGA-arkitekturen har tvådimensionella matriser av logiska block med ett medel för en användare att arrangera sammankopplingen mellan logikblocken. Funktionerna för en FPGA-arkitekturmodul diskuteras nedan:

CLB (Configurable Logic Block) inkluderar digital logik, ingångar, utgångar. Den implementerar användarlogiken.
Sammankopplingar ger riktning mellan logikblocken för att implementera användarlogiken.
Beroende på logiken ger switchmatris växling mellan sammankopplingar.
I / O-kuddar som används för omvärlden för att kommunicera med olika applikationer.

FPGA-arkitektur

Logic Block innehåller MUX (Multiplexer) , D flip flop och LUT. LUT implementerar de kombinerade logiska funktionerna, MUX används för urvalslogik, och D flip flop lagrar utdata från LUT

Den grundläggande byggstenen för FPGA är Look Up Table-baserad funktionsgenerator. Antalet ingångar till LUT varierar från 3,4,6 och till och med 8 efter experiment. Nu har vi adaptiva LUT som ger två utgångar per enstaka LUT med implementering av två funktionsgeneratorer.

FPGA Logic Block

Xilinx Virtex-5 är den mest populära FPGA, som innehåller en Look up Table (LUT) som är ansluten till MUX och en flip-flop som diskuterats ovan. Nuvarande FPGA består av cirka hundratals eller tusentals konfigurerbara logiska block. För att konfigurera FPGA används Modelsim och Xilinx ISE-programvaror för att generera en bitstream-fil och för utveckling.

Typer av FPGA: er baserade på applikationer

Fältprogrammerbara grindarrangemang klassificeras i tre typer baserat på applikationer som lågpresterande FPGA, medelstora FPGA och avancerade FPGA.

“användning av logiska portar exempel ”

Typer av FPGA

FPGAs med låg slut

Dessa typer av FPGA: er är utformade för låg energiförbrukning, låg logisk densitet och låg komplexitet per chip. Exempel på low-end FPGA är Cyclone-familjen från Altera, Spartan-familjen från Xilinx, fusionsfamiljen från Microsemi och Mach XO / ICE40 från Lattice-halvledaren.

Mellanklass FPGA

Dessa typer av FPGA är den optimala lösningen mellan low-end och high-end FPGA och dessa utvecklas som en balans mellan prestanda och kostnad. Exempel på medelstora FPGA: er är Arria från Altera, Artix-7 / Kintex-7-serien från Xlinix, IGL002 från Microsemi och ECP3 och ECP5-serien från Lattice semiconductor.

High End FPGA: er

Dessa typer av FPGA: er är utvecklade för logisk densitet och hög prestanda. Exempel på high end FPGA är en Stratix-familj från Altera, Virtex-familjen från Xilinx, Speedster 22i-familjen från Achronix och ProASIC3-familjen från Microsemi.

Tillämpningar av FPGA:

FPGA har ökat snabbt under det senaste decenniet eftersom de är användbara för ett brett spektrum av applikationer. Specifik tillämpning av en FPGA inkluderar digital signalbehandling, bioinformatik, enhetsstyrenheter, programvarudefinierad radio, slumpmässig logik, ASIC-prototyp, medicinsk bildbehandling, emulering av datorhårdvara, integrering av flera SPLD: er, röstigenkänning , kryptografi, filtrering och kommunikationskodning och många fler.

Vanligtvis förvaras FPGA för vissa vertikala applikationer där produktionsvolymen är liten. För dessa applikationer med låg volym betalar de bästa företagen hårdvarukostnader per enhet. Idag har den nya prestandadynamiken och kostnaden utökat utbudet av livskraftiga applikationer.

Tillämpningar av FPGA

“datavetenskap mästare projektidéer ”

Några mer vanliga FPGA-applikationer är: Aerospace and Defense, Medical Electronics, ASIC Prototyping, Audio, Automotive, Broadcast, Consumer Electronics, Distributed Monetary Systems, Data Center, High Performance Computing, Industrial, Medical, Scientific Instruments, Säkerhetssystem , Video- och bildbehandling, trådbunden kommunikation, Trådlös kommunikation .

FPGA-baserade projektidéer:

Här är en lista med FPGA-baserade projektidéer för att experimentera med Verilog HDL och VHDL för sista års ingenjörsstudenter. De lista över elektroniska projektidéer baserad på FPGA ges nedan:

FPGA-baserade projektidéer

Säkerhetsinloggningssystem baserat på FPGA
FPGA-baserad digital hörapparatchip
En FPGA-baserad realtidsbildfunktionsuttagsarkitektur
FPGA-baserad design och implementering av Mp4-avkodare
FPGA-baserad Trafiksignalkontrollsystem Design och implementering
FPGA-baserad högfrekvensbärargenerering för pulskomprimering med hjälp av kordisk algoritm
Programmerbar logisk blockdesign och syntes med makrogrind och blandad LUT
Applikationsspecifik instruktionsuppsättning Processordesign, implementering och studie för en specifik DSP-uppgift
Synkroniseringsenhetsdesign och implementering för WCDMA Uplink-mottagare
FPGA Implementering av FFT-algoritm för IEEE 802.16e (Mobile WiMAX)
FPGA-baserad design av GPS (Global Possitioning System) -GSM (Global Systems for Mobiles) Mobile Navigator
Rymdvektor PWM (pulsbreddsmodulering) för trenivåomvandlare: en LabVIEW-implementering
Design och implementering av en programmerbar plattform för flera processorer för högpresterande inbäddad bearbetning
Högpresterande processoroptimeringsförlängning och förbättring för FPGA
Fältorienterad kontrollutveckling och utvärdering med LabVIEW FPGA
Direkt digital frekvenssyntes i FPGA: er
Design och program Multi-Processor-plattform för högpresterande inbäddad bearbetning
Utformning och integration av rymdutforskning av fältprogrammerbara motarrayer med hjälp av FPGA
En FPGA-implementering av Icecube-teleskopet för upptäckt av neutrinspår
Bildinterpolering av 3D-skärm i firmware
MIMO Sphere System Architecture and Implementation
Superscalar krafteffektiv FFT-arkitektur (Fast Fourier Transform)
linjär feedback shift Register (LFSR) Effektoptimering för lågeffekt BIST

Efter att ha tillbringat din värdefulla tid på den här artikeln tror vi att du har en bra uppfattning om FPGA-arkitektur och OM att välja det projektämne du väljer från de FPGA-baserade projektidéerna och hoppas att du har tillräckligt med självförtroende för att ta upp något ämne från listan. För ytterligare information och hjälp om dessa projekt, kan du skriva till oss i kommentarfältet nedan.

Fotokrediter: