Le terme FPGA signifie Field Programmable Gate Array et, c'est un type unique de puce logique à semi-conducteur qui peut être programmé pour devenir presque n'importe quel type de système ou de circuit numérique, similaire aux PLD. Les PLDS sont limités à des centaines de portes, mais les FPGA prennent en charge des milliers de portes. La configuration de l'architecture FPGA est généralement spécifiée à l'aide d'un langage, c'est-à-dire HDL (Hardware Description Language) qui est similaire à celui utilisé pour un ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

Réseaux de portes programmables sur site

Les FPGA peuvent offrir un certain nombre d'avantages par rapport à une technologie ASIC à fonction fixe telle que les cellules standard. Normalement, la fabrication des ASIC prend des mois et leur coût sera de plusieurs milliers de dollars pour obtenir l'appareil. Mais, les FPGA sont fabriqués en moins d'une seconde, le coût sera de quelques dollars à mille dollars.La nature flexible du FPGA a un coût, une consommation d'énergie et un retard importants.Par rapport à une cellule ASIC standard, un FPGA nécessite 20 à 35 fois plus de surface et les performances de la vitesse seront 3 à 4 fois plus lentes que l'ASIC. Cet article décrit les principes de base du FPGA et le module d'architecture FPGA qui comprend le pavé d'E / S, les blocs logiques et la matrice de commutation. Les FPGA font partie des nouveaux domaines de tendance de VLSI. Par conséquent, ceux-ci sont utilisés dans Projets basés sur le VLSI pour les étudiants en génie électronique .

“décrire un tube cathodique et son fonctionnement ”

Architecture FPGA

L'architecture générale FPGA se compose de trois types de modules. Ce sont des blocs d'E / S ou des pads, des fils de matrice de commutation / d'interconnexion et des blocs logiques configurables (CLB). L'architecture FPGA de base comporte des matrices bidimensionnelles de blocs logiques avec un moyen permettant à un utilisateur d'organiser l'interconnexion entre les blocs logiques. Les fonctions d'un module d'architecture FPGA sont décrites ci-dessous:

CLB (Configurable Logic Block) comprend la logique numérique, les entrées et les sorties. Il implémente la logique utilisateur.
Les interconnexions fournissent une direction entre les blocs logiques pour implémenter la logique utilisateur.
En fonction de la logique, la matrice de commutation permet la commutation entre les interconnexions.
Pads d'E / S utilisés pour le monde extérieur pour communiquer avec différentes applications.

Architecture FPGA

Le bloc logique contient MUX (multiplexeur) , D bascule et LUT. LUT implémente les fonctions logiques combinatoires, le MUX est utilisé pour la logique de sélection et la bascule D stocke la sortie de la LUT

Le bloc de construction de base du FPGA est le générateur de fonctions basé sur la table de consultation. Le nombre d'entrées à la LUT varie de 3,4,6, et même 8 après les expériences. Maintenant, nous avons des LUT adaptatives qui fournissent deux sorties par LUT unique avec l'implémentation de deux générateurs de fonctions.

Bloc logique FPGA

Xilinx Virtex-5 est le FPGA le plus populaire, qui contient une table de consultation (LUT) qui est connectée à MUX et une bascule comme indiqué ci-dessus. Le FPGA actuel se compose d'environ des centaines ou des milliers de blocs logiques configurables. Pour la configuration du FPGA, les logiciels Modelsim et Xilinx ISE sont utilisés pour générer un fichier bitstream et pour le développement.

Types de FPGA basés sur les applications

Les réseaux de portes programmables sur site sont classés en trois types basés sur des applications telles que les FPGA bas de gamme, les FPGA milieu de gamme et les FPGA haut de gamme.

“faire la distinction entre le courant continu et le courant alternatif ”

Types de FPGA

FPGA bas de gamme

Ces types de FPGA sont conçus pour une faible consommation d'énergie, une faible densité logique et une faible complexité par puce. Des exemples de FPGA bas de gamme sont la famille Cyclone d'Altera, la famille Spartan de Xilinx, la famille fusion de Microsemi et le Mach XO / ICE40 de Lattice semiconductor.

FPGA milieu de gamme

Ces types de FPGA sont la solution optimale entre les FPGA bas de gamme et haut de gamme et ils sont développés comme un équilibre entre les performances et le coût. Des exemples de FPGA de milieu de gamme sont Arria d'Altera, les séries Artix-7 / Kintex-7 de Xlinix, IGL002 de Microsemi et les séries ECP3 et ECP5 de Lattice semiconductor.

FPGA haut de gamme

Ces types de FPGA sont développés pour une densité logique et des performances élevées. Des exemples de FPGA haut de gamme sont une famille Stratix d'Altera, la famille Virtex de Xilinx, la famille Speedster 22i d'Achronix et la famille ProASIC3 de Microsemi.

Applications de FPGA:

Les FPGA ont connu une croissance rapide au cours de la dernière décennie car ils sont utiles pour un large éventail d'applications. L'application spécifique d'un FPGA comprend le traitement du signal numérique, la bioinformatique, les contrôleurs de dispositifs, la radio définie par logiciel, la logique aléatoire, le prototypage ASIC, l'imagerie médicale, l'émulation de matériel informatique, l'intégration de plusieurs SPLD, reconnaissance vocale , cryptographie, filtrage et codage de communication et bien d'autres.

Habituellement, les FPGA sont conservés pour des applications verticales particulières où le volume de production est faible. Pour ces applications à faible volume, les principales entreprises paient des coûts de matériel par unité. Aujourd'hui, la nouvelle dynamique des performances et le coût ont élargi la gamme des applications viables.

Applications du FPGA

Certaines applications FPGA plus courantes sont: l'aérospatiale et la défense, l'électronique médicale, le prototypage ASIC, l'audio, l'automobile, la diffusion, l'électronique grand public, les systèmes monétaires distribués, les centres de données, le calcul haute performance, les instruments industriels, médicaux et scientifiques, Systèmes de sécurité , Traitement vidéo et image, communications filaires, Communications sans fil .

Idées de projets basés sur FPGA:

Voici une liste d'idées de projets basés sur FPGA pour expérimenter Verilog HDL et VHDL pour les étudiants en génie de dernière année. Le liste d'idées de projets électroniques basé sur FPGA est donné ci-dessous:

Idées de projets basés sur FPGA

“filtres passe-haut et passe-bas expliqués ”

Système de connexion de sécurité basé sur FPGA
Puce d'aides auditives numériques basées sur FPGA
Une architecture d'extraction de fonctionnalités d'image en temps réel basée sur FPGA
Conception et mise en œuvre basées sur FPGA de décodeurs Mp4
Basé sur FPGA Système de contrôle des feux de circulation Conception et mise en œuvre
Génération de porteuses haute fréquence basée sur FPGA pour la compression d'impulsion à l'aide d'un algorithme cordique
Conception et synthèse de blocs logiques programmables avec porte macro et LUT mixte
Conception, mise en œuvre et étude du processeur de jeu d'instructions spécifique à une application pour une tâche DSP spécifique
Conception et mise en œuvre de l'unité de synchronisation pour le récepteur de liaison montante WCDMA
Implémentation FPGA de l'algorithme FFT pour IEEE 802.16e (Mobile WiMAX)
Conception basée sur FPGA de GPS (Global Possitioning System) - Navigateur mobile GSM (Global Systems for Mobiles)
Vecteur spatial PWM (modulation de largeur d'impulsion) pour les convertisseurs à trois niveaux: une implémentation LabVIEW
Conception et mise en œuvre d'une plateforme multiprocesseur programmable pour un traitement embarqué haute performance
Extension et amélioration de l'optimisation des processeurs hautes performances pour les FPGA
Développement et évaluation de contrôles orientés terrain à l'aide de LabVIEW FPGA
Synthèse de fréquence numérique directe dans FPGA
Conception et programmation d'une plate-forme multi-processeurs pour un traitement embarqué hautes performances
Conception et intégration de l'exploration spatiale de réseaux de compteurs programmables sur le terrain à l'aide de FPGA
Une implémentation FPGA du télescope Icecube pour la détection des traces de neutrinos
Interpolation d'image de l'affichage 3D dans le micrologiciel
Architecture et mise en œuvre du système MIMO Sphere
Architecture FFT (Transformée de Fourier Rapide) Superscalar Power Efficient
Registre à décalage de rétroaction linéaire (LFSR) Optimisation de la puissance pour BIST à faible puissance

Après avoir passé votre temps précieux sur cet article, nous pensons que vous avez une bonne idée de l'architecture FPGA et de la sélection du sujet de projet de votre choix parmi les idées de projet basées sur FPGA, et espérons que vous avez suffisamment de confiance pour aborder n'importe quel sujet de la liste. Pour plus de détails et d'aide sur ces projets, vous pouvez nous écrire dans la section commentaires ci-dessous.

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