FPGA라는 용어는 Field Programmable Gate Array의 약자로, 반도체 로직 칩 PLD와 유사한 거의 모든 종류의 시스템 또는 디지털 회로가되도록 프로그래밍 할 수 있습니다. PLDS는 수백 개의 게이트로 제한되지만 FPGA는 수천 개의 게이트를 지원합니다. FPGA 아키텍처의 구성은 일반적으로 ASIC (Application Specific Integrated Circuit)에 사용되는 것과 유사한 언어, 즉 HDL (Hardware Description language)을 사용하여 지정됩니다.
필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이
FPGA는 표준 셀과 같은 고정 기능 ASIC 기술에 비해 많은 이점을 제공 할 수 있습니다. 일반적으로 ASIC는 제조하는 데 수개월이 걸리며 장치를 구입하는 데 드는 비용은 수천 달러가됩니다. 그러나 FPGA는 1 초 이내에 제조되며 비용은 몇 달러에서 수천 달러에이를 것입니다. FPGA의 유연한 특성은 영역, 전력 소비 및 지연에 상당한 비용이 듭니다. 표준 셀 ASIC과 비교할 때, FPGA는 20 ~ 35 배 더 많은 면적을 필요로하며 속도 성능은 ASIC보다 3 ~ 4 배 느립니다. 이 기사에서는 I / O 패드, 로직 블록 및 스위치 매트릭스를 포함하는 FPGA 기본 및 FPGA 아키텍처 모듈에 대해 설명합니다. FPGA는 VLSI의 새로운 트렌드 영역 중 일부입니다. 따라서 이들은 전자 공학 학생을위한 VLSI 기반 프로젝트 .
FPGA 아키텍처
일반적인 FPGA 아키텍처는 세 가지 유형의 모듈로 구성됩니다. I / O 블록 또는 패드, 스위치 매트릭스 / 상호 연결 와이어 및 구성 가능한 논리 블록 (CLB)입니다. 기본 FPGA 아키텍처에는 사용자가 로직 블록 간의 상호 연결을 배열 할 수있는 수단을 갖춘 2 차원 로직 블록 어레이가 있습니다. FPGA 아키텍처 모듈의 기능은 아래에서 설명합니다.
- CLB (구성 가능한 논리 블록)에는 디지털 논리, 입력, 출력이 포함됩니다. 사용자 로직을 구현합니다.
- 상호 연결은 사용자 로직을 구현하기 위해 로직 블록 간의 방향을 제공합니다.
- 로직에 따라 스위치 매트릭스는 상호 연결 간 전환을 제공합니다.
- 외부 세계에서 다른 애플리케이션과 통신하는 데 사용되는 I / O 패드입니다.
FPGA 아키텍처
논리 블록 포함 MUX (멀티플렉서) , D 플립 플롭 및 LUT. LUT는 MUX가 선택 논리에 사용되는 조합 논리 기능을 구현하고 D 플립 플롭은 LUT의 출력을 저장합니다.
FPGA의 기본 빌딩 블록은 룩업 테이블 기반 함수 발생기입니다. LUT에 대한 입력 수는 실험 후 3,4,6, 심지어 8까지 다양합니다. 이제 두 개의 함수 발생기를 구현하여 단일 LUT 당 두 개의 출력을 제공하는 적응 형 LUT가 있습니다.
FPGA 로직 블록
Xilinx Virtex-5는 MUX와 연결된 LUT (Look up Table)와 위에서 설명한 플립 플롭을 포함하는 가장 인기있는 FPGA입니다. 현재 FPGA는 약 수백 또는 수천 개의 구성 가능한 로직 블록으로 구성됩니다. FPGA 구성을 위해 Modelsim 및 Xilinx ISE 소프트웨어를 사용하여 비트 스트림 파일을 생성하고 개발합니다.
애플리케이션 기반 FPGA 유형
필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이는 로우 엔드 FPGA, 미드 레인지 FPGA 및 하이 엔드 FPGA와 같은 애플리케이션에 따라 세 가지 유형으로 분류됩니다.
“블루투스 작동 원리 ”
FPGA 유형
로우 엔드 FPGA
이러한 유형의 FPGA는 낮은 전력 소비, 낮은 로직 밀도 및 칩당 낮은 복잡성을 위해 설계되었습니다. 저가형 FPGA의 예로는 Altera의 Cyclone 제품군, Xilinx의 Spartan 제품군, Microsemi의 퓨전 제품군 및 Lattice Semiconductor의 Mach XO / ICE40이 있습니다.
미드 레인지 FPGA
이러한 유형의 FPGA는 저가형 및 고급형 FPGA 간의 최적 솔루션이며 성능과 비용 간의 균형으로 개발되었습니다. 미드 레인지 FPGA의 예로는 Altera의 Arria, Xlinix의 Artix-7 / Kintex-7 시리즈, Microsemi의 IGL002, Lattice Semiconductor의 ECP3 및 ECP5 시리즈가 있습니다.
하이 엔드 FPGA
이러한 유형의 FPGA는 로직 밀도 및 고성능을 위해 개발되었습니다. 하이 엔드 FPGA의 예로는 Altera의 Stratix 제품군, Xilinx의 Virtex 제품군, Achronix의 Speedster 22i 제품군 및 Microsemi의 ProASIC3 제품군이 있습니다.
FPGA의 응용 :
FPGA는 광범위한 애플리케이션에 유용하기 때문에 지난 10 년 동안 빠르게 성장했습니다. FPGA의 특정 응용 분야에는 디지털 신호 처리, 생물 정보학, 장치 컨트롤러, 소프트웨어 정의 무선, 랜덤 로직, ASIC 프로토 타이핑, 의료 이미징, 컴퓨터 하드웨어 에뮬레이션, 여러 SPLD 통합, 음성 인식 , 암호화, 필터링 및 통신 인코딩 등이 있습니다.
일반적으로 FPGA는 생산량이 적은 특정 수직 애플리케이션을 위해 유지됩니다. 이러한 저용량 애플리케이션의 경우 상위 기업은 장치 당 하드웨어 비용을 지불합니다. 오늘날 새로운 성능 역학과 비용은 실행 가능한 응용 프로그램의 범위를 확장했습니다.
FPGA의 응용
몇 가지 일반적인 FPGA 애플리케이션은 다음과 같습니다. 항공 우주 및 방위, 의료 전자, ASIC 프로토 타이핑, 오디오, 자동차, 방송, 소비자 전자, 분산 통화 시스템, 데이터 센터, 고성능 컴퓨팅, 산업, 의료, 과학 기기, 보안 시스템 , 비디오 및 이미지 처리, 유선 통신, 무선 통신 .
FPGA 기반 프로젝트 아이디어 :
다음은 최종 학년 공학 학생들을 위해 Verilog HDL 및 VHDL을 실험하기위한 FPGA 기반 프로젝트 아이디어 목록입니다. 그만큼 전자 프로젝트 아이디어 목록 FPGA 기반은 다음과 같습니다.
FPGA 기반 프로젝트 아이디어
- FPGA 기반 보안 로그인 시스템
- FPGA 기반 디지털 보청기 칩
- FPGA 기반 실시간 이미지 특징 추출 아키텍처
- FPGA 기반 설계 및 Mp4 디코더 구현
- FPGA 기반 교통 신호 제어 시스템 설계 및 구현
- Cordic 알고리즘을 사용한 펄스 압축을위한 FPGA 기반 고주파 캐리어 생성
- 매크로 게이트 및 혼합 LUT를 사용한 프로그래밍 가능 논리 블록 설계 및 합성
- 특정 DSP 작업을위한 애플리케이션 별 명령어 세트 프로세서 설계, 구현 및 연구
- WCDMA 업 링크 수신기를위한 동기화 유닛 설계 및 구현
- IEEE 802.16e (모바일 WiMAX)를위한 FFT 알고리즘의 FPGA 구현
- FPGA 기반 설계 GPS (글로벌 포지셔닝 시스템) -GSM (Global Systems for Mobiles) Mobile Navigator
- 공간 벡터 PWM (펄스 폭 변조) 레벨 컨버터 용 : LabVIEW 구현
- 고성능 임베디드 프로세싱을위한 프로그래밍 가능한 멀티 프로세서 플랫폼의 설계 및 구현
- FPGA를위한 고성능 프로세서 최적화 확장 및 개선
- LabVIEW FPGA를 사용한 필드 지향 컨트롤 개발 및 평가
- 직접 디지털 주파수 합성 FPGA
- 고성능 임베디드 프로세싱을위한 다중 프로세서 플랫폼 설계 및 프로그래밍
- FPGA를 사용한 필드 프로그래밍 가능 카운터 어레이의 우주 탐사 설계 및 통합
- 중성미자 궤도 탐지를위한 Icecube 망원경의 FPGA 구현
- 펌웨어에서 3D 디스플레이의 이미지 보간
- MIMO Sphere 시스템 아키텍처 및 구현
- 슈퍼 스칼라 전력 효율적인 FFT (고속 푸리에 변환) 아키텍처
- 선형 피드백 시프트 레지스터 (LFSR) 저전력 BIST를위한 전력 최적화
이 기사에서 귀중한 시간을 보낸 후 FPGA 아키텍처에 대한 좋은 아이디어를 얻었으며 FPGA 기반 프로젝트 아이디어에서 선택한 프로젝트 주제를 선택했으며 주제를 다룰 수있는 충분한 자신감이 있기를 바랍니다. 목록에서. 이 프로젝트에 대한 자세한 내용과 도움이 필요하면 아래의 의견 섹션에 편지를 보내주십시오.
사진 크레딧 :
- 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이 견고한
- FPGA 기반 프로젝트 아이디어 rtcmagazine
