FPGA Készítette: Pogrányi Imre

Mi is az az FPGA? Az FPGA (Field Programmable Gate Array) egy olyan félvezető eszköz, mely logikai blokkok segítségével programozható, melyekkel gyorsan megvalósíthatunk bármilyen digitális áramkört.

Az FPGA rövid története Az újrakonfigurálható számítás elve már az 1960-as évektől létezik. Azonban az ötlet jóval megelőzte korát a szükséges elektronikai technológia tekintetében . A Xilinx nevezetű cég egyik társalapítója (Ross Freeman) találta fel 1984-ben a helyszínen programozható logikai tömböt. Az első FPGA-t 1985-ben mutatták be Az XC2000 család már 1200-1800 kaput tartalmaz . A második generációs FPGA-kat 1987-ben Az XC3000-es sorozat 1200-5000 felhasználható ekvivalens kaput tartalmaz. A belső működési frekvenciájuk 125MHz, ami megengedi, hogy 30-40MHz órajel frekvenciájú rendszerben használhassuk A világ első, kereskedelemben kapható újrakonfigurálható számítógépe, az Algotronix CHS2X4, 1991-ben készült el

FPGA Egyre több cég teszi elérhetővé a felhasználó számára az FPGA programozásának lehetőségét Felhasználók számára is megnyílik az FPGA kihasználásának lehetősége Például: tesztmérnökök egyedi algoritmust telepíthetnek a készülékbe, hogy az FPGA belül elvégezze a feldolgozást, vagy emulálhatják egy rendszer valós idejű működést igénylő részét.

FPGA az iparban Az FPGA az ipar minden ágaztában teret hódit.

FPGA a szórakoztató elektronikában Az FPGA nem csak a „hagyományos” ipari környezetben jelenik meg. A mikrotechnikában is egyre jelentősebb a szerepe.

Mi az FPGA gyorsaságának titka? A szoftverről a configware-re (szoftverről FPGA-ra) áttérve, csaknem négy nagyságrenddel nagyobb sebességet érnek el.

FPGA vs. ASIC Ha az FPGA ilyen jó, akkor miért nem használjuk nagyobb számban?

Az FPGA jövője Hátránya Előnyei FPGA technológiai paraméterei négy nagyságrenddel vannak a Moore görbe alatt Nagy darabszám esetén drága, az ASIC-hez képest Órajelfrekvenciája is lényegesen alacsonyabb, mint a mikroprocesszoroké Előnyei Rövidebb piacra kerülési idő Helyszíni újraprogramozhatóság Alacsonyabb költség

Az FPGA felépítse

Egyszerű elgondolás Ez az ábrázolás segít megérteni, hogy egyszerű keretek között hogy működne az FPGA.

Valódi felépítése Három főbb rész Logikai blokkok I/O blokkok Programozható kapcsoltok

Logikai blokkok A logikai blokkok valósítják meg a felhasználó számára szükséges logikai kapcsolatokat.

I/O blokkok Az I/O blokkok hozzák létre az összeköttetést a belső vonalak és félvezető eszköz lábai közt.

Programozható kapcsolatok A programozható kötések segítségével alakíthatjuk ki a kívánt logikai rendszert, és egyben definiálhatjuk a szükséges kimeneteket és bemeneteket.

FPGA blokkok felépítése

Összefoglalás

FPGA fő logikai elemei Logikai kapuk Flip-Flop LUT-ok Multiplier RAM (kb) Szükséges néhány paramétert definiálnunk mikor kiválasztunk és összehasonlítunk FPGA-kat egy bizonyos alkalmazáshoz.

Példa néhány FPGA adataira   Virtex-II 1000 Virtex-II 3000 Spartan-3 1000 Spartan-3 2000 Virtex-5 LX30 Virtex-5 LX50 Virtex-5 LX85 Virtex-5 LX110 Kapuk 1 millió 3 millió 2 millió ----- Flip-Flop 10,240 28,672 15,360 40,960 19,200 28,800 51,840 69,120 LUT-ok Multiplier 40 96 24 32 48 64 RAM (kb) 720 1,728 432 1,152 3,456 4,608

FPGA egy beágyazott rendszerben

Az FPGA elhelyezése egy rendszerben Az FPGA elhelyezése a cRIO rendszerben Az FPGA elhelyezése egy rendszerben

FPGA programozása Grafikus úton VHDL nyelv segítségével Illetve grafikus programozási nyelv segítségével. ( A programozási nyelv fordítja le a programot az FPGA számára)

FPGA a LabVIEW-ban A képen az általunk is használ cRIO 9073 készülék látható. A cRIO-hoz használható adapterek. A cRIO 9073 rendelkezik egy 266 MHz belső rendszerrel és egy 2 millió kaput tartalmazó FPGA-val.

cRIO alkalmazása

cRIO programozása

Bemenetek és kimenetek

FPGA szint

Real Time szinten az FPGA kezelése FPGA definiálása Értékek írása vagy olvasása az FPGA-ba FPGA bezárása

FPGA kezelése

Program megírása FPGA szint RT szint

PID RT szinten FPGA szint Real Time szint

FPGA felhasználása Képfeldolgozás lehetőségének megvizsgálása az FPGA segítségével.

Most megválaszolnám a felmerülő kérdéseket. VÉGE Köszönöm a figyelmet! Most megválaszolnám a felmerülő kérdéseket. Elérhetőség: pogranyi.imre@gmail.com