FPGA

Programovatelný logický integrovaný obvod ( FPGA , anglicky  programmable l ogic d evice , PLD ) je elektronická součástka ( integrovaný obvod ) používaná k vytváření konfigurovatelných digitálních elektronických obvodů . Na rozdíl od běžných digitálních obvodů se logika FPGA neurčuje při výrobě, ale nastavuje se programováním ( designem ). K programování se používá programátor a IDE(ladicí prostředí), které umožňují specifikovat požadovanou strukturu digitálního zařízení ve formě schématu zapojení nebo programu ve speciálních jazycích pro popis hardwaru ( Verilog , VHDL , AHDL a další). Alternativou k FPGA jsou:

Někteří výrobci nabízejí pro svá FPGA softwarové procesory , které lze upravit pro konkrétní úlohu a následně zabudovat do FPGA. Tím:

Fáze návrhu

  1. Nastavení schématu zapojení nebo programu ve speciálních jazycích pro popis hardwaru ( Verilog , VHDL , AHDL a další).
  2. Logická syntéza pomocí programů syntezátoru (získání seznamu elektrických zapojení (ve formě textu) z abstraktního modelu napsaného v jazyce popisu hardwaru ).
  3. Návrh desky plošných spojů zařízení využívajícího počítačově podporovaný design ( CAD ) systém pro desky plošných spojů ( Altium Designer , P-CAD a další), ve kterém je umístěn čip FPGA a další elektronické součástky (rezistory, kondenzátory, generátory, ADC , konektory a další).
  4. Vytvoření konfiguračního souboru FPGA.
  5. Načtení konfiguračního souboru do čipu FPGA nebo do samostatného paměťového čipu. V důsledku zatížení získá čip FPGA specifikovanou funkčnost.

Aplikace

FPGA se široce používá k vytváření digitálních zařízení různé složitosti a schopností , například:

Typy FPGA

Rané FPGA

V roce 1970 společnost Texas Instruments (dále jen „TI“) vyvinula maskované (tj. programovatelné pomocí masky, anglicky  mask-programmable ) integrované obvody (dále jen IC) založené na asociativní paměti ROM (ROAM) od IBM . Tento čip se nazýval TMS2000 a byl naprogramován střídáním kovových vrstev během výrobního procesu IC . TMS2000 měl až 17 vstupů a 18 výstupů s 8 JK klopnými obvody jako pamětí. Pro tato zařízení TI vymyslela termín PLA .  programmable logic array  - programmable logic matrix.

PAL

PAL ( programmable array logic ) je  programovatelné pole (matice) logiky. V SSSR se PLA a PLM nelišily a byly označeny jako PLA ( programmable logic matrix ) . Rozdíl mezi PLA a PLM je v přístupnosti programování vnitřní struktury (matic).

GAL

GAL ( obecná  logika pole ) jsou FPGA, které mají programovatelnou matici AND a pevnou matici OR.

CPLD

CPLD ( angl.  complex programmable logic device  - complex programmable logic devices) obsahují poměrně velké programovatelné logické bloky - makrobuňky napojené na externí výstupy a interní sběrnice. Funkce CPLD je zakódována v energeticky nezávislé paměti , takže po zapnutí není nutné je přeprogramovat. Může být použit pro rozšíření I/O vedle velkých čipů nebo pro předzpracování signálu (např. řadič COM portu , USB , VGA ).

FPGA

FPGA ( field-programmable gate array ) obsahuje multiplikačně-sumační bloky, které jsou široce používány ve zpracování signálů (DSP, angl  . digital signal processing ), dále logické prvky (obvykle založené na převodních tabulkách - pravdivostních tabulkách) a jejich přepínací bloky . FPGA se obvykle používají pro zpracování signálu, mají více logických hradel a jsou flexibilnější v architektuře než CPLD. Program pro FPGA je uložen v distribuované paměti, kterou lze spouštět jak na bázi volatilních statických buněk RAM (takové mikroobvody vyrábí např. Xilinx a Altera ) - v tomto případě se program neuloží, když je napájení mikroobvodu je ztraceno a na základě energeticky nezávislých flash-paměťových článků nebo pojistkových propojek (takové mikroobvody vyrábí Actel a Lattice Semiconductor ) - v těchto případech se program uloží, když dojde k výpadku proudu. Pokud je program uložen v nestálé paměti , pak při každém zapnutí mikroobvodu musí být překonfigurován pomocí bootloaderu, který může být také zabudován do samotného FPGA. Alternativou k FPGA FPGA jsou pomalejší digitální signálové procesory. FPGA se také používají jako univerzální procesorové akcelerátory v superpočítačích (například počítač Cray XD1 od Cray , projekt RASC od Silicon Graphics („SGI“)).  

Někteří ze světových výrobců FPGA

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Slyusar V.I. Vývoj obvodů ve Středoafrické republice: některé výsledky. Část 2.// První míle. Poslední míle (Dodatek k časopisu "Elektronika: věda, technologie, obchod"). – N2. - 2018. S. 76 - 80. (2018). Získáno 6. dubna 2020. Archivováno z originálu dne 20. června 2018.

Literatura

Odkazy