Utangulizi wa FPGA | Muundo, Vipengele, Maombi

Katika nakala hii, tutaona mada maalum inayoitwa Mipangilio ya Lango Inayoweza Kupangwa au FPGA tu. Tutachunguza dhana ya Vifaa vya Mantiki Zinazoweza Kuratibiwa na aina tofauti za Vifaa Vinavyoweza Kuratibiwa kwenye Sehemu (FPD) kama vile PLA, PAL, CPLD, FPGA. Pia, tutaona usanifu wa Kifaa cha kawaida cha FPGA pamoja na faida zake.Utangulizi wa MuhtasariDokezo Fupi juu ya PLD (Kifaa Kinachoweza Kuratibiwa)Aina Tofauti za PLDsProgramu Mpangilio wa Logic Array (PLA)Programmable Array Logic (PAL)Generic Array Logic (GAL)Complex Vifaa vya Mantiki Zinazoweza Kuratibiwa (CPLD)Mipangilio ya Milango Inayoweza Kuratibiwa ya Shamba (FPGA) FPGA ni nini? Vipengele vya Teknolojia ya Uzuiaji ya FPGALogicFPGA Programming TechnologiesSRAMEEPROM / FlashAnti-FuseApplicationsIntroductionField Programmable Gate Arrays (FPGAs) ni IC za kidijitali ambazo zinawezesha muundo wa maunzi wa Circuit. Mantiki ya Dijiti iliyogeuzwa kukufaa kulingana na mahitaji yake. Neno "Field Programmable" linamaanisha kuwa Mantiki ya Kidijitali ya IC haijabainishwa wakati wa utengenezaji wake (au uundaji) bali inaratibiwa na mtumiaji wa mwisho (msanifu). Ili kutoa upangaji huu, FPGA inajumuisha Configurable. (au Inayoweza Kuratibiwa) Inazuia Mantiki na miunganisho inayoweza kusanidiwa kati ya vizuizi hivi. Mantiki hii inayoweza kusanidiwa na Miunganisho (Miunganisho) ya FPGAs inazifanya kusudi la jumla na kunyumbulika lakini wakati huo huo, pia inazifanya kuwa polepole na njaa ya nishati ikilinganishwa na ASIC ya kiwango sawa na Seli za Kawaida. Imekuwa zaidi ya miongo mitatu tangu kuanzishwa kwa FPGAs sokoni na katika kipindi hiki kirefu, zimepitia maendeleo makubwa ya kiteknolojia na kupata umaarufu unaoendelea kukua. Dokezo Fupi kuhusu PLD (Kifaa Kinachowezekana cha Mantiki)Kabla ya kuingia kwenye mada kuu, nataka kujadili kwa ufupi dhana ya Vifaa vya Mantiki vinavyoweza kuratibiwa. Kwa hivyo, PLD ni nini. Ni IC iliyo na idadi kubwa ya milango ya Mantiki na Flip-flops ambayo inaweza kusanidiwa na mtumiaji kutekeleza aina mbalimbali za utendakazi. Vifaa rahisi zaidi vya Mantiki Vinavyoweza Kuratibiwa vina safu ya milango ya AND & OR na mantiki ya hizi. milango na miunganisho yake inaweza kusanidiwa na mchakato wa programu.PLDs ni muhimu hasa wakati mhandisi anataka kutekeleza mantiki iliyogeuzwa kukufaa na kuzuiwa na saketi zilizounganishwa zilizosanidiwa awali. PLDs hutoa njia ya kutekeleza sakiti maalum ya dijiti kupitia nguvu ya usanidi wa maunzi badala ya kuitekeleza kwa kutumia programu.Aina Tofauti za PLDKimsingi, PLD zinaweza kuainishwa katika aina tatu. Nazo ni:Vifaa Rahisi Vinavyoweza Kupangwa vya Mantiki (SPLD)Vifaa Changamano Vinavyoweza Kuratibiwa (CPLD)Mipangilio ya Milango Inayoweza Kuratibiwa ya Shamba (FPGA)Vifaa Rahisi vya Mantiki Inayoweza Kuratibiwa vimegawanywa zaidi kuwa:Mpangilio wa Mantiki Inayoweza Kuratibiwa (PLA)Mpangilio wa Array Mantiki (PAL)Mantiki ya Mkusanyiko wa Jumla ( GAL)Hebu sasa tuone baadhi ya maelezo ya kimsingi kuhusu PLD hizi zote.Programmable Logic Array (PLA)A PLA inajumuisha ndege ya AND lango yenye viunganishi vinavyoweza kupangwa na ndege ya lango la AU yenye miunganisho inayoweza kupangwa. Ifuatayo ni pembejeo nne rahisi - PLA ya pato nne yenye milango ya AND & AU. Ingizo lolote linaweza kuunganishwa kwenye lango lolote la AND kwa kuunganisha mistari ya muunganisho ya mlalo na wima. Matokeo kutoka kwa milango tofauti NA yanaweza kutumika kwa lango lolote kati ya AU lenye viunganishi vinavyoweza kuratibiwa.Programmable Array Logic (PAL) PAL ni sawa na PLA lakini tofauti ni kwamba katika PAL, ni ndege ya AND lango pekee ndiyo inayoratibiwa huku AU ndege ya lango imewekwa wakati wa kutengeneza. Ingawa PALs hazibadiliki sana kuliko PLA, zinaondoa ucheleweshaji wa muda unaohusishwa na OR Gates.Generic Array Logic (GAL) kulingana na Usanifu, GAL ni sawa na PAL lakini tofauti iko katika muundo unaoweza kuratibiwa. PAL hutumia PROM, ambayo inaweza kuratibiwa mara moja, huku GAL inatumia EEPROM, ambayo inaweza kupangwa upya.  Vifaa Changamano Vya Mantiki Inavyoweza Kuratibiwa (CPLD)Tukipanda kutoka kwa vifaa vya SPLD, tunapata CPLD. Imetengenezwa juu ya vifaa vya SPLD ili kuunda muundo wa mush kubwa na ngumu. CPLD ina vizuizi vya mantiki ya nambari (au vizuizi vya utendaji), ambavyo ndani vinajumuisha Pal au PAL pamoja na Macrocell.Macrocell inajumuisha saketi yoyote ya ziada na udhibiti wa polarity wa mawimbi ili kutoa mawimbi ya kweli au kijalizo chake.  Safu za Lango Zinazoweza Kupangwa za Sehemu (FPGA)Kwa busara, CPLD ni ngumu zaidi kuliko SPLD. Lakini FPGA ni ngumu zaidi kuliko CPLD. Usanifu wa FPGA ni tofauti kabisa kwani unajumuisha Seli za Mantiki zinazoweza kuratibiwa, viunganishi vinavyoweza kuratibiwa na vizuizi vya IO vinavyoweza kuratibiwa. FPGA ni nini? Mipangilio ya Lango Inayoweza Kupangwa ya Shamba au FPGA kwa kifupi ni vifaa vya Silicon vilivyotengenezwa awali ambavyo vinajumuisha matrix ya mantiki inayoweza kusanidiwa upya. saketi na viunganishi vinavyoweza kupangwa vilivyopangwa katika safu ya pande mbili. Seli za Mantiki zinazoweza kuratibiwa zinaweza kusanidiwa kutekeleza utendakazi wowote wa kidijitali na viunganishi vinavyoweza kuratibiwa (au swichi) kutoa miunganisho kati ya seli tofauti za mantiki. Kwa kutumia FPGA, unaweza kutekeleza muundo wowote maalum kwa kubainisha mantiki au kazi ya kila kizuizi cha mantiki na mpangilio. uunganisho wa kila swichi inayoweza kupangwa. Kwa kuwa mchakato huu wa kuunda saketi maalum hufanywa kwenye uwanja badala ya kitambaa, kifaa kinajulikana kama "Field Programmable". Picha ifuatayo inaonyesha muundo wa ndani wa FPGA kwa maana pana sana. Kama unavyoona. , kiini cha FPGA kinaundwa na seli za mantiki zinazoweza kusanidiwa na miunganisho inayoweza kupangwa. Hizi zimezungukwa na idadi ya vizuizi vya IO vinavyoweza kuratibiwa, ambavyo hutumika kuzungumza na ulimwengu wa nje.Vipengele vya FPGALHebu sasa tuangalie kwa karibu muundo wa FPGA. Kwa kawaida, FPGA huwa na vipengele vitatu vya msingi. Nazo ni:Viini vya Mantiki Zinazoweza Kupangwa (au Vizuizi vya Mantiki) - vinavyohusika na utekelezaji wa kazi za msingi za mantiki.Uelekezaji Unaopangwa - unaohusika na kuunganisha Logic Blocks.IO Blocks - ambazo zimeunganishwa kwenye Misingi ya Mantiki kupitia uelekezaji na kusaidia kutengeneza miunganisho ya nje. Uzuiaji wa MantikiKizuizi cha Mantiki katika FPGA zenye msingi wa Xilinx huitwa Misingi ya Mantiki Inayoweza Kusanidiwa au CLB huku miundo sawa katika FPGA za Altera inaitwa Logic Array Blocks au LAB. Hebu tutumie neno CLB kwa mjadala huu. CLB ni sehemu ya msingi ya FPGA, ambayo hutoa mantiki na utendaji wa uhifadhi. Kizuizi cha msingi cha mantiki kinaweza kuwa chochote kama vile transistor, lango la NAND, Multiplexors, Jedwali la Kuangalia (LUT), muundo wa PAL kama au hata kichakataji. Xilinx na Altera hutumia vizuizi vya mantiki vya Look-up Table (LUT) kutekeleza mantiki na vile vile utendaji wa uhifadhi. Kizuizi cha Mantiki kinaweza kujumuisha Kipengele kimoja cha Msingi cha Mantiki au seti ya Vipengele vya Mantiki vya Msingi vilivyounganishwa, ambapo Basic Logic Element ni mchanganyiko wa jedwali la Kuangalia (ambalo kwa upande wake linaundwa na SRAM na Multiplexors) na Flip-flop.A LUT yenye pembejeo za 'n' inajumuisha biti za usanidi wa 2n, ambazo hutekelezwa na Seli za SRAM. Kwa kutumia Biti hizi za 2n za SRAM, LUT inaweza kusanidiwa ili kutekeleza kazi yoyote ya kimantiki.UelekezajiKama utendakazi wa hesabu hutolewa na Vitalu vya Mantiki, basi mtandao wa uelekezaji unaoweza kupangwa unawajibika kwa kuunganisha vitalu hivi vya mantiki. Mtandao wa Njia hutoa miunganisho kati ya kizuizi kimoja cha mantiki hadi nyingine na vile vile kati ya kizuizi cha mantiki na Kizuizi cha IO ili kutekeleza kabisa mzunguko maalum. teknolojia za programu. Kuna kimsingi aina mbili za usanifu wa njia. Nazo ni:Uelekezaji wa Mtindo wa Kisiwa (pia unajulikana kama Uelekezaji wa Mesh)Uelekezaji wa KihierarkiaKatika usanifu wa uelekezaji wa mtindo wa kisiwa, vizuizi vya mantiki vimepangwa katika safu ya pande mbili na vimeunganishwa kwa kutumia mtandao wa uelekezaji unaoweza kuratibiwa. Aina hii ya uelekezaji inatumika sana katika FPGA za kibiashara.Vizuizi vingi vya mantiki vimefungwa kwenye seti ya miunganisho ya ndani na usanifu wa uelekezaji wa daraja hutumia kipengele hiki kwa kugawanya vizuizi vya mantiki katika vikundi au makundi kadhaa. Ikiwa vizuizi vya mantiki vinakaa katika kundi moja, basi uelekezaji wa daraja huziunganisha katika kiwango cha chini cha uongozi. Ikiwa vizuizi vya mantiki vinakaa katika makundi tofauti, basi uunganisho wa nyaya hufanywa kwa kiwango cha juu zaidi cha uongozi.FPGA Programming TechnologiesTumezungumza kuhusu usanifu unaoweza kupangwa upya wa FPGA kidogo kabisa lakini sasa hebu tuone baadhi ya mbinu zinazotumiwa sana za upangaji ambazo zinawajibika kwa usanifu huo unaoweza kusanidiwa upya. Zifuatazo ni tatu za teknolojia zinazojulikana za programu zinazotumiwa katika FPGAs.SRAMEEPROM / FlashAnti-FuseOther teknolojia ni pamoja na EPROM na Fusible Link lakini zinatumika katika CPLDs na PLDs nyingine lakini si katika FPGAs, Hivyo basi, tuweke mjadala mdogo kwenye teknolojia zinazohusiana na FPGA za programu.SRAMTunajua kwamba kuna aina mbili za RAM ya semiconductor inayoitwa SRAM na DRAM. SRAM ni kifupi cha RAM tuli huku DRAM ikimaanisha Dynamic Ram. SRAM imeundwa kwa kutumia transistors na neno tuli linamaanisha kwamba thamani iliyopakiwa kwenye Seli msingi ya Kumbukumbu ya SRAM itasalia kuwa ile ile hadi ibadilishwe kimakusudi au nguvu itakapoondolewa. Kiini cha 6 cha transistor cha SRAM cha kuhifadhi biti 1 kinaonyeshwa kwenye picha ifuatayo. .Hii ni tofauti na DRAM, ambayo inajumuisha mchanganyiko wa transistor na capacitor. Neno Dynamic linarejelea ukweli kwamba thamani iliyopakiwa katika Seli ya Kumbukumbu ya DRAM ni halali hadi kuwe na malipo kwenye capacitor. Kadiri capacitor inavyopoteza chaji kwa muda, seli ya kumbukumbu inabidi ichajiwe mara kwa mara ili kudumisha chaji. Hii pia inajulikana kama refreshing.Wachuuzi wengi wa FPGA hutekeleza Seli Tuli za Kumbukumbu katika FPGA za SRAM kwa utayarishaji. FPGA zenye msingi wa SRAM hutumiwa kupanga seli za mantiki na viunganishi na zimekuwa nyingi zaidi kwa sababu ya upangaji upya na utumiaji wa teknolojia ya CMOS, ambayo inajulikana kwa matumizi yake ya chini ya nguvu, kasi ya juu na muunganisho mkali zaidi.EEPROM / Mbadala wa karibu wa FlashA kwa teknolojia ya programu inayotegemea SRAM inategemea teknolojia za EEPROM au Flash. Faida kuu ya programu ya msingi wa flash ni asili yake isiyo ya tete. Ingawa flash inaauni upangaji upya, idadi ya mara hii inaweza kufanywa ni ndogo sana ikilinganishwa na teknolojia ya SRAM.Teknolojia ya Kupambana na FuseTeknolojia ya upangaji programu ni mbinu ya zamani ya kutengeneza vifaa vya wakati mmoja vinavyoweza kuratibiwa. Wao hutekelezwa kwa kutumia kiungo kinachoitwa antifuse, ambayo katika hali yake isiyopangwa ina upinzani mkubwa sana na inaweza kuchukuliwa kuwa mzunguko wa wazi.Wakati wa programu, voltage ya juu na ya sasa hutolewa kwa pembejeo. Kama matokeo, antifuse, ambayo hapo awali iko katika mfumo wa silicon ya amofasi (kimsingi kizio chenye upinzani wa juu sana) inayounganisha nyimbo mbili za chuma, inakuwa hai kwa kugeuza kuwa polysilicon inayoendesha. Ikilinganishwa na teknolojia zingine mbili, antifuse. moja inachukua nafasi ndogo zaidi lakini inakuja tu kama chaguo la wakati mmoja linaloweza kupangwa.  MaombiKatika miaka ya awali ya kuanzishwa kwa FPGAs, kwa kawaida zilitumiwa kutekeleza mashine ndogo hadi za kati za hali changamano na kazi za kuchakata data kwenye data ndogo. Kadiri ugumu na uwezo wao unavyoongezeka kwa miaka mingi, yamejumuishwa katika matumizi kadhaa ya magari, watumiaji na viwandani. Hapo awali, FPGAs zilitoa chaguo rahisi la kuiga miundo ya ASIC kwani inaweza kusanidiwa upya kwa urahisi ili kujaribu na kujaribu tofauti kadhaa za maunzi hapo awali. kukamilisha muundo mkuu. Lakini uwezo wao wa kufanya kazi kama bidhaa ya mwisho na gharama za muda mfupi hadi soko na utekelezaji mdogo, umetekelezwa kama washindani wa moja kwa moja kwa baadhi ya ASIC. ambayo hapo awali yaliwezekana kwenye Wasindikaji wa Mawimbi ya Dijiti waliojitolea. Kwa gharama ya FPGA kushuka, wanapata washindani wakubwa wa programu zilizopachikwa za udhibiti. FPGA inaweza kutumika kutekeleza kichakataji laini cha msingi cha kidhibiti kidogo chochote pamoja na uwezo maalum wa IO. Machapisho Husika:Utangulizi wa Teknolojia ya ASIC | Aina Tofauti,…Je! Uendeshaji wa Viwanda ni nini?

Acha ujumbe 

Orodha ujumbe