Thuật ngữ FPGA là viết tắt của Field Programmable Gate Array, nó là một loại chip logic bán dẫn có thể được lập trình để trở thành hầu hết mọi loại hệ thống hoặc mạch kỹ thuật số, tương tự như PLD. PLDS được giới hạn ở hàng trăm cổng, nhưng FPGA hỗ trợ hàng nghìn cổng. Cấu hình của kiến trúc FPGA thường được chỉ định bằng cách sử dụng ngôn ngữ, tức là HDL (Ngôn ngữ mô tả phần cứng) tương tự như ngôn ngữ được sử dụng cho ASIC (Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng).

Mảng cổng có thể lập trình trường

FPGA có thể cung cấp một số ưu điểm so với công nghệ ASIC chức năng cố định như các ô tiêu chuẩn. Thông thường, ASIC mất hàng tháng để sản xuất và chi phí của chúng sẽ lên tới hàng nghìn đô la để có được thiết bị. Tuy nhiên, FPGA được chế tạo trong vòng chưa đầy một giây, chi phí sẽ từ vài đô la đến một nghìn đô la. Bản chất linh hoạt của FPGA có một khu vực costin đáng kể, tiêu thụ điện năng và độ trễ. Khi so sánh với một ASIC tế bào tiêu chuẩn, FPGA đòi hỏi diện tích lớn hơn 20 đến 35 lần và tốc độ của tốc độ sẽ chậm hơn từ 3 đến 4 lần so với ASIC. Bài viết này mô tả về các khái niệm cơ bản về FPGA và mô-đun kiến trúc FPGA bao gồm I / O pad, khối logic và ma trận chuyển mạch. FPGA là một số lĩnh vực xu hướng mới của VLSI. Do đó, chúng được sử dụng trong Dự án dựa trên VLSI cho sinh viên kỹ thuật điện tử .

“phương trình khúc xạ định luật Snell ”

Kiến trúc FPGA

Kiến trúc FPGA chung bao gồm ba loại mô-đun. Chúng là khối I / O hoặc Pads, Ma trận chuyển mạch / Dây kết nối và khối logic có thể cấu hình (CLB). Kiến trúc FPGA cơ bản có mảng khối logic hai chiều với phương tiện để người dùng sắp xếp kết nối giữa các khối logic. Các chức năng của mô-đun kiến trúc FPGA được thảo luận dưới đây:

CLB (Khối logic có thể cấu hình) bao gồm logic kỹ thuật số, đầu vào, đầu ra. Nó thực hiện logic người dùng.
Các kết nối cung cấp hướng giữa các khối logic để thực hiện logic của người dùng.
Tùy thuộc vào logic, ma trận chuyển mạch cung cấp chuyển đổi giữa các kết nối.
I / O Pads được sử dụng cho thế giới bên ngoài để giao tiếp với các ứng dụng khác nhau.

Kiến trúc FPGA

Khối logic chứa MUX (Bộ ghép kênh) , D flip flop và LUT. LUT thực hiện các hàm logic tổ hợp mà MUX được sử dụng cho logic lựa chọn và flip flop D lưu trữ đầu ra của LUT

Khối xây dựng cơ bản của FPGA là trình tạo chức năng dựa trên Bảng Tra cứu. Số lượng đầu vào cho LUT thay đổi từ 3,4,6 và thậm chí 8 sau khi thử nghiệm. Bây giờ, chúng ta có các LUT thích ứng cung cấp hai đầu ra cho mỗi LUT đơn với việc thực hiện hai bộ tạo chức năng.

Khối logic FPGA

Xilinx Virtex-5 là FPGA phổ biến nhất, có chứa Bảng tra cứu (LUT) được kết nối với MUX và một flip flop như đã thảo luận ở trên. FPGA hiện tại bao gồm khoảng hàng trăm hoặc hàng nghìn khối logic có thể định cấu hình. Để định cấu hình FPGA, phần mềm Modelsim và Xilinx ISE được sử dụng để tạo tệp bitstream và để phát triển.

Các loại FPGA dựa trên ứng dụng

Mảng cổng lập trình trường được phân loại thành ba loại dựa trên các ứng dụng như FPGA cấp thấp, FPGA tầm trung và FPGA cao cấp.

“Sơ đồ đấu dây động cơ 3 pha sao delta ”

Các loại FPGA

FPGA cấp thấp

Các loại FPGA này được thiết kế để tiêu thụ điện năng thấp, mật độ logic thấp và độ phức tạp trên mỗi chip thấp. Ví dụ về FPGA cấp thấp là họ Cyclone từ Altera, họ Spartan từ Xilinx, họ nhiệt hạch từ Microsemi và Mach XO / ICE40 từ chất bán dẫn Lattice.

FPGA tầm trung

Các loại FPGA này là giải pháp tối ưu giữa FPGA cấp thấp và cấp cao và chúng được phát triển để cân bằng giữa hiệu suất và chi phí. Ví dụ về FPGA tầm trung là dòng Arria từ Altera, Artix-7 / Kintex-7 từ Xlinix, IGL002 từ Microsemi và dòng ECP3 và ECP5 từ chất bán dẫn Lattice.

FPGA cao cấp

Các loại FPGA này được phát triển để có mật độ logic và hiệu suất cao. Ví dụ về FPGA cao cấp là họ Stratix từ Altera, họ Virtex từ Xilinx, họ Speedster 22i từ Achronix và họ ProASIC3 từ Microsemi.

Các ứng dụng của FPGA:

FPGA đã đạt được sự phát triển nhanh chóng trong thập kỷ qua vì chúng hữu ích cho nhiều loại ứng dụng. Ứng dụng cụ thể của FPGA bao gồm xử lý tín hiệu kỹ thuật số, tin sinh học, bộ điều khiển thiết bị, radio do phần mềm xác định, logic ngẫu nhiên, tạo mẫu ASIC, hình ảnh y tế, mô phỏng phần cứng máy tính, tích hợp nhiều SPLD, nhận diện giọng nói , mật mã, lọc và mã hóa giao tiếp và nhiều hơn nữa.

Thông thường, FPGA được giữ cho các ứng dụng dọc cụ thể, nơi khối lượng sản xuất nhỏ. Đối với các ứng dụng khối lượng thấp này, các công ty hàng đầu phải trả chi phí phần cứng cho mỗi đơn vị. Ngày nay, các động lực về hiệu suất và chi phí mới đã mở rộng phạm vi ứng dụng khả thi.

Các ứng dụng của FPGA

Một số ứng dụng FPGA phổ biến hơn là: Hàng không vũ trụ và quốc phòng, Điện tử y tế, Tạo mẫu ASIC, Âm thanh, Ô tô, Truyền hình, Điện tử tiêu dùng, Hệ thống tiền tệ phân tán, Trung tâm dữ liệu, Máy tính hiệu suất cao, Công nghiệp, Y tế, Dụng cụ khoa học, Hệ thống an ninh , Xử lý video & hình ảnh, Truyền thông có dây, Giao tiếp không dây .

Ý tưởng dự án dựa trên FPGA:

Đây là danh sách các ý tưởng dự án dựa trên FPGA để thử nghiệm với Verilog HDL và VHDL cho sinh viên kỹ thuật năm cuối. Các danh sách các ý tưởng dự án điện tử dựa trên FPGA được đưa ra dưới đây:

Ý tưởng dự án dựa trên FPGA

“giải thích mối quan hệ giữa bước sóng và tần số ”

Hệ thống đăng nhập bảo mật dựa trên FPGA
CHIP hỗ trợ thính giác kỹ thuật số dựa trên FPGA
Kiến trúc trích xuất tính năng hình ảnh dựa trên thời gian thực FPGA
Thiết kế dựa trên FPGA & Triển khai Bộ giải mã Mp4
Dựa trên FPGA Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông Thiết kế và thực hiện
Thế hệ sóng mang tần số cao dựa trên FPGA để nén xung sử dụng thuật toán Cordic
Thiết kế và tổng hợp khối logic có thể lập trình với cổng Macro và LUT hỗn hợp
Bộ hướng dẫn ứng dụng cụ thể Thiết kế, triển khai và nghiên cứu bộ xử lý cho một nhiệm vụ DSP cụ thể
Thiết kế và triển khai đơn vị đồng bộ hóa cho bộ thu WCDMA Uplink
FPGA Triển khai thuật toán FFT cho IEEE 802.16e (WiMAX di động)
Thiết kế dựa trên FPGA của GPS (Hệ thống định vị toàn cầu) -GSM (Hệ thống toàn cầu cho điện thoại di động) Điều hướng di động
Véc tơ không gian PWM (Điều chế độ rộng xung) cho Bộ chuyển đổi Ba cấp: Triển khai LabVIEW
Thiết kế và triển khai nền tảng đa bộ xử lý có thể lập trình để xử lý nhúng hiệu suất cao
Cải tiến và mở rộng tối ưu hóa bộ xử lý hiệu suất cao cho FPGA
Đánh giá và phát triển điều khiển định hướng hiện trường bằng LabVIEW FPGA
Tổng hợp tần số kỹ thuật số trực tiếp trong FPGA
Nền tảng đa bộ xử lý thiết kế và chương trình để xử lý nhúng hiệu suất cao
Thiết kế và tích hợp thăm dò không gian của Mảng bộ đếm có thể lập trình hiện trường bằng FPGA
Triển khai FPGA của Kính viễn vọng Icecube để phát hiện theo dõi Neutrino
Nội suy hình ảnh của màn hình 3D trong chương trình cơ sở
Triển khai và Kiến trúc Hệ thống Sphere MIMO
Kiến trúc FFT (Biến đổi Fourier nhanh) hiệu quả năng lượng siêu cao
chuyển đổi phản hồi tuyến tính Thanh ghi (LFSR) Tối ưu hóa công suất cho BIST công suất thấp

Sau khi dành thời gian quý báu của bạn cho bài viết này, chúng tôi tin rằng, bạn đã có một ý tưởng tốt về kiến trúc FPGA và VỀ việc chọn chủ đề dự án mà bạn chọn từ các ý tưởng dự án dựa trên FPGA, và hy vọng rằng bạn có đủ tự tin để thực hiện bất kỳ chủ đề nào từ danh sách. Để biết thêm chi tiết và trợ giúp về các dự án này, bạn có thể viết thư cho chúng tôi trong phần nhận xét dưới đây.

Tín ảnh: