مقاله بررسی ساختار FPGA در مدار
چکیده
در سالهای اخیر مدارمجتمع FPGA در زمینههای گوناگون نظامیوصنعتی کاربردهایی پیدا کرده است.تعریف وبررسی ساختار مدارمجتمع FPGA وبحث از بعضی کاربردهای آن، در مدارهای مختلف را دراین مقاله پرداخته شده است.که برای چهازFPGAدر مدارها استفاده کنیم؟در مجموع این کارها را نمیتوان با میکروکنترلرها انجام داده شود؟.FPGAدر اوایل دهه1990 به بازارعرضه شدواز آن پس تولید این محصولات رشد قابل توجهی را پیدا کرد.FPGAهای نسل جدید مدارهای مجتمع دیجیتال قابل برنامه ریزی هستند که عبارت FPGA از سر کلمه های Field Programmable Logic Gate Array گرفته شده است .این IC را به هر مدارمنطقی دلخواهی که بخواهیم می توان تبدیل کرد. برای کارهای حرفهایی که اطمینان به سیستم شرط اول است-سرعت بالا-دقت بالا-استحکام و پایداری و...باید ازFPGA استفاده کرد-مثلا در 99% کارهای نظامی-پردازش دقیق-مکانهای بسیار حساس-رباتهای حرفهایی-ادوات فضایی-ماهوارهها و...ضریب خطا در این نوع سیستمها تقریبا نزدیک صفراست.اینمقالههمچنین،بهمنظوربررسیدقیقترمواردشرحدادهشده،درچندینمطالعهموردیوعواملموثر در طراحی یا معماری ساخت آن،دررشد کارکرد آن درمداروبرنامه نویسی در صنعتبرق پرداخته شده است.
کلمات کلیدی: FPGA،ASIC ، PLD ، ALU، مدارات مجتمع وساختار
مقدمه
Field Programmable Gate Array یک IC کاملا قابل برنامه ریزی است.امروزه علاوه برمدارات مجتمع استاندارد(IC)،مدارات مجتمع خاص که ApplicationSpecificIntegrated Ciruts و یا ASICنام دارند نیز براساس نیاز مشتری ساخته می شود ولی ساخت این مدارات با توجه به تولید کم آن گران تمام می شود.برای حل این مشکل مداراتی ساخته شده از گیتها به بازار عرضه شد که ارزانتر و پرکاربرتر نیز می باشند.که به نام Computer Aided Logic یا CAD معرفی شدند که گیتها را در عرض چند ثانیه به هم متصل می کند وقابل برنامه ریزی می باشد و اولین مدل آن را Programmable Logic Array یا PLA نامیدند و بعد از آن مدلهای دیگری به نامهای Programmable Logic Device یا PLD و Programmable Array Logic یا PAL و Complex Programmable Logic Device یا CPLD به بازار آمدن تا اینکه مدل مدار مجتمع قابل برنامه ریزی که اخیراً به دنیا عرضه شد به نام Field Programmable Gate Array یا FPGA که حدود 20000 تا چند میلیون گیت دارند و با تکنولوژی CMOS ساخته شده است FPGA و CPLD براساس سلول منطقی قابل برنامه ریزی طراحی شده اند که ارتباط بین سلولها نیز قابل برنامه ریزی می باشند FPGA را با توجه به این تعریف که تا اینجا از آن کردیم می توان گفت که برای طراحی مدارات دیجیتالی کاربرد خاصی دارد و چون برنامه پذیر هست می توان بسته به نیاز کار،تغییراتی را درآن ایجادکرد2).)
برنامه نویسی و طراحی مدارات باFPGA ها
به طورکلی به 2 صورت انجام میشود :
الف-با استفاده از زبانهای توصیف سخت افزاری مانندVHDL ، AHDL ، HDL و...
زبانهای توصیف سخت افزاری مدار:وی‌اچ‌دی‌ال (به انگلیسی VHDL) یکی از زبان های توصیف سخت افزاری است.به طور کلی استفاده از زبان VHDL به دلیل استاندارد بودن آن ، کاربرد بیشتری در طراحی مدارات دارد. VHDL نخستین بار توسط وزارت دفاع آمریکا به منظور طراحی و توصیف مدارهای مجتمع سرعت بالا طراحی شد و مورد استفاده قرار گرفت.سپس درسال 1987 توسط انجمن IEEE (انجمن مهندسان برقوالکترونیک)در قالب استاندارد 1076 IEEE - 1987ارائه گردید.پس از گذشت چند سال و انجام پاره ای از تصحیحهایی، استاندارد دوم این زبان تحت عنوان 1076 IEEE -1993 در اختیار عموم قرار گرفت.به طور کلی میتوان مزایای زیر را در استفاده از زبان VHDL عنوان نمود .1 شبیه ساز ها و کامپایلرهای این زبان در دسترس و ارزان قیمت میباشند.