El término FPGA significa Field Programmable Gate Array y es un tipo de chip lógico semiconductor que se puede programar para convertirse en casi cualquier tipo de sistema o circuito digital, similar a los PLD. Los PLDS están limitados a cientos de puertas, pero los FPGA admiten miles de puertas. La configuración de la arquitectura FPGA generalmente se especifica usando un lenguaje, es decir, HDL (lenguaje de descripción de hardware) que es similar al que se usa para un ASIC (circuito integrado específico de aplicación).

Matriz de puertas programables

Los FPGA pueden proporcionar una serie de ventajas sobre una tecnología ASIC de función fija, como las celdas estándar. Normalmente, los ASIC tardan meses en fabricarse y el costo de ellos será de miles de dólares para obtener el dispositivo. Pero, los FPGA se fabrican en menos de un segundo, el costo será de unos pocos dólares a mil dólares. La naturaleza flexible del FPGA tiene un costo significativo en el área, el consumo de energía y el retraso. En comparación con un ASIC de celda estándar, un FPGA requiere de 20 a 35 veces más área, y el rendimiento de la velocidad será de 3 a 4 veces más lento que el ASIC. Este artículo describe los conceptos básicos de FPGA y el módulo de arquitectura FPGA que incluye panel de E / S, bloques lógicos y matriz de interruptores. Los FPGA son algunas de las nuevas áreas de tendencia de VLSI. Por lo tanto, estos se utilizan en Proyectos basados en VLSI para estudiantes de ingeniería electrónica .

“que es un procesador para una computadora ”

Arquitectura FPGA

La arquitectura FPGA general consta de tres tipos de módulos. Son bloques de E / S o pads, matriz de interruptores / cables de interconexión y bloques lógicos configurables (CLB). La arquitectura FPGA básica tiene arreglos bidimensionales de bloques lógicos con un medio para que un usuario disponga la interconexión entre los bloques lógicos. Las funciones de un módulo de arquitectura FPGA se describen a continuación:

CLB (Bloque lógico configurable) incluye lógica digital, entradas y salidas. Implementa la lógica del usuario.
Las interconexiones proporcionan dirección entre los bloques lógicos para implementar la lógica del usuario.
Dependiendo de la lógica, la matriz de conmutación proporciona conmutación entre interconexiones.
Almohadillas de E / S utilizadas por el mundo exterior para comunicarse con diferentes aplicaciones.

Arquitectura FPGA

El bloque lógico contiene MUX (multiplexor) , D flip flop y LUT. LUT implementa las funciones lógicas combinacionales, el MUX se usa para la lógica de selección, y el flip flop D almacena la salida de la LUT

El bloque de construcción básico de la FPGA es el generador de funciones basado en tablas de búsqueda. El número de entradas a la LUT varía de 3, 4, 6 e incluso 8 después de los experimentos. Ahora, tenemos LUT adaptables que proporcionan dos salidas por LUT individual con la implementación de dos generadores de funciones.

Bloque lógico FPGA

Xilinx Virtex-5 es el FPGA más popular, que contiene una tabla de búsqueda (LUT) que está conectada con MUX y un flip flop como se discutió anteriormente. La FPGA actual consta de unos cientos o miles de bloques lógicos configurables. Para configurar la FPGA, se utilizan los softwares Modelsim y Xilinx ISE para generar un archivo bitstream y para el desarrollo.

Tipos de FPGA basados en aplicaciones

Las matrices de puertas programables en campo se clasifican en tres tipos según las aplicaciones, como FPGA de gama baja, FPGA de gama media y FPGA de gama alta.

“generador de cc vs generador de ca ”

Tipos de FPGA

FPGA de gama baja

Estos tipos de FPGA están diseñados para un bajo consumo de energía, baja densidad lógica y baja complejidad por chip. Ejemplos de FPGA de gama baja son la familia Cyclone de Altera, la familia Spartan de Xilinx, la familia de fusión de Microsemi y el semiconductor Mach XO / ICE40 de Lattice.

FPGA de rango medio

Estos tipos de FPGA son la solución óptima entre los FPGA de gama baja y alta y se desarrollan como un equilibrio entre el rendimiento y el costo. Ejemplos de FPGA de rango medio son Arria de Altera, la serie Artix-7 / Kintex-7 de Xlinix, IGL002 de Microsemi y las series ECP3 y ECP5 de Lattice semiconductor.

FPGA de gama alta

Estos tipos de FPGA están desarrollados para densidad lógica y alto rendimiento. Ejemplos de FPGA de gama alta son la familia Stratix de Altera, la familia Virtex de Xilinx, la familia Speedster 22i de Achronix y la familia ProASIC3 de Microsemi.

Aplicaciones de FPGA:

Los FPGA han ganado un rápido crecimiento durante la última década porque son útiles para una amplia gama de aplicaciones. La aplicación específica de un FPGA incluye procesamiento de señales digitales, bioinformática, controladores de dispositivos, radio definida por software, lógica aleatoria, creación de prototipos ASIC, imágenes médicas, emulación de hardware de computadora, integración de múltiples SPLD, reconocimiento de voz , criptografía, filtrado y codificación de comunicaciones y muchos más.

Por lo general, los FPGA se mantienen para aplicaciones verticales particulares donde el volumen de producción es pequeño. Para estas aplicaciones de bajo volumen, las principales empresas pagan los costos de hardware por unidad. Hoy en día, la nueva dinámica de rendimiento y el costo han ampliado la gama de aplicaciones viables.

Aplicaciones de FPGA

Algunas aplicaciones de FPGA más comunes son: aeroespacial y defensa, electrónica médica, creación de prototipos ASIC, audio, automotriz, transmisión, electrónica de consumo, sistemas monetarios distribuidos, centro de datos, computación de alto rendimiento, industrial, médica, instrumentos científicos, Sistemas de seguridad , Procesamiento de imágenes y video, Comunicaciones por cable, Comunicaciones inalámbricas .

Ideas de proyectos basados en FPGA:

Aquí hay una lista de ideas de proyectos basados en FPGA para experimentar con Verilog HDL y VHDL para estudiantes de ingeniería de último año. los lista de ideas de proyectos electrónicos basado en FPGA se da a continuación:

Ideas de proyectos basados en FPGA

“¿Qué respuesta explica mejor por qué se utilizan circuitos integrados en los teléfonos móviles? ”

Sistema de inicio de sesión de seguridad basado en FPGA
CHIP de audífono digital basado en FPGA
Una arquitectura de extracción de características de imagen en tiempo real basada en FPGA
Diseño e implementación basados en FPGA de decodificadores Mp4
Basado en FPGA Sistema de control de señales de tráfico Diseño e implementación
Generación de portadora de alta frecuencia basada en FPGA para compresión de pulsos usando el algoritmo Cordic
Diseño y síntesis de bloques lógicos programables con puerta macro y LUT mixta
Diseño, implementación y estudio del procesador de conjunto de instrucciones específicas de la aplicación para una tarea DSP específica
Diseño e implementación de la unidad de sincronización para el receptor de enlace ascendente WCDMA
Implementación FPGA del algoritmo FFT para IEEE 802.16e (Mobile WiMAX)
Diseño basado en FPGA de GPS (sistema de posicionamiento global) -GSM (Sistemas globales para móviles) Navegador móvil
Vector de espacio PWM (modulación de ancho de pulso) para convertidores de tres niveles: una implementación de LabVIEW
Diseño e implementación de plataforma multiprocesador programable para procesamiento integrado de alto rendimiento
Ampliación y mejora de la optimización del procesador de alto rendimiento para FPGA
Desarrollo y evaluación de control orientado al campo usando LabVIEW FPGA
Síntesis de frecuencia digital directa en FPGA
Plataforma multiprocesador de diseño y programación para procesamiento integrado de alto rendimiento
Diseño e integración de exploración espacial de matrices de contadores programables en campo utilizando FPGA
Una implementación FPGA del telescopio Icecube para la detección de pistas de neutrinos
Interpolación de imágenes de pantalla 3D en firmware
Arquitectura e implementación del sistema MIMO Sphere
Arquitectura FFT (Transformada Rápida de Fourier) con eficiencia energética superescalar
Registro de desplazamiento de retroalimentación lineal (LFSR) Optimización de potencia para BIST de baja potencia

Después de dedicar su valioso tiempo a este artículo, creemos que tiene una buena idea sobre la arquitectura FPGA y ACERCA de seleccionar el tema del proyecto de su elección de las ideas de proyectos basados en FPGA, y esperamos que tenga la confianza suficiente para abordar cualquier tema. de la lista. Para obtener más detalles y ayuda sobre estos proyectos, puede escribirnos en la sección de comentarios que figura a continuación.

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