Introduktion til fpga og dets programmeringsværktøjer

Med den voksende popularitet af mikrokontrollere bruger ingeniører mere end FPGA'er. De mikrokontrollere er blevet dominerende over FPGA på grund af deres billige pris, god støtte, let tilgængelighed, stort fællesskab, alsidighed, programmering osv men bortset fra at mikroprocessorer har nogle begrænsninger såsom anvisningerne, sekventiel udførelse af programmer (sekventiel behandling), manglende fleksibilitet og genanvendelighed osv. Imidlertid kan FPGA overvinde disse begrænsninger, da FPGA'er har parallel udførelse af programmer, og det er fleksibelt og genanvendeligt betyder, at det kan omprogrammeres igen og igen til forskellige opgaver.

Hvad er FPGA, og hvordan det adskiller sig fra Microcontroller

En feltprogrammerbar gate-array er en siliciumchip med integreret kredsløb, som har en række logiske porte, og denne matrix kan programmeres i marken, dvs. brugeren kan overskrive de eksisterende konfigurationer med sine nye definerede konfigurationer og kan oprette deres eget digitale kredsløb på marken. FPGA'erne kan betragtes som tomme skifer. FPGA'er gør intet i sig selv, mens det er op til designere at oprette en konfigurationsfil, der ofte kaldes en bitfil til FPGA. FPGA vil opføre sig som det digitale kredsløb, når det er indlæst med en bitfil.

Mens mikrokontrollere ikke er tilfældet, da mikrokontroller ikke kan programmeres eller omstruktureres i marken. Brugeren har hverken lov til at overskrive sine eksisterende konfigurationer, og de kan heller ikke oprette noget digitalt kredsløb på marken. Mikrocontrollerne er nemme at programmere, og samfundet er også bredt. Mikrocontrollerne er specialbyggede mini-computere, der kommer i IC-form, mens FPGA'er kun indeholder logiske blokke, der igen kan gendannes elektrisk. Også med hensyn til mikrokontroller bruger den mindre strøm end FPGA'er. FPGA'erne er kendt for at være dyre, og det kræver flere omkostninger end mikrokontroller, når det kommer til at opbygge en enhed. FPGA'er tager meget længere tid at opsætte, mens mikrokontrollerne er tilgængelige let bygget til specifikke applikationer.

FPGA Arkitektur

En FPGA har en regelmæssig struktur af logiske celler eller moduler og interlinks, som er under udviklerne og designerne fuldstændig kontrol. FPGA er bygget med hovedsagelig tre store blokke såsom Configurable Logic Block (CLB), I / O-blokke eller Pads og Switch Matrix / Interconnection Wires. Hver blok vil blive diskuteret nedenfor i korte træk.

• CLB (Configurable Logic Block): Disse er de grundlæggende celler i FPGA. Den består af en 8-bit funktionsgenerator, to 16-bit funktionsgeneratorer, to registre (flip-flops eller låse) og omprogrammerbare routing-kontroller (multiplexere). CLB'erne anvendes til at implementere andre designede funktioner og makroer. Hver CLB har input på hver side, hvilket gør dem fleksible til kortlægning og opdeling af logik.
• I / O-pads eller -blokke: Input / Output-padsene bruges til ydre perifere enheder til at få adgang til funktionerne i FPGA, og ved hjælp af I / O-padsene kan den også kommunikere med FPGA til forskellige applikationer ved hjælp af forskellige perifere enheder.
• Switch Matrix / Interconnection Wires: Switch Matrix bruges i FPGA til at forbinde de lange og korte sammenkoblingstråde sammen i fleksibel kombination. Den indeholder også transistorer til at tænde / slukke forbindelser mellem forskellige linjer.

Når der er brug for FPGA'er

Som nævnt ovenfor, har mikrokontrollere en vis begrænsning og kan ikke bruges til at udføre opgaven parallelt, da mikrokontroller og mikroprocessorer kører på sekventiel udførelse af programmer, hvilket gør det lidt langsomt i nogle applikationer, i dette scenarie har FPGA'erne en fordel og kan effektivt bruges. Også mikrocontroller kan udføre begrænsede opgaver, fordi de kommer med instruktioner og deres kredsløb. En programmør skal overholde begrænsningerne, mens han udvikler kode. Så i dette scenarie har også FPGA'erne fordel.

I tilfælde af mikrokontroller skifter processoren imidlertid fra en kode til en anden for at opnå et vist niveau af parallelisme. Du vil finde det lettere at skrive koder på mikrocontrollere end FPGA'er. Den parallelle behandlingsfunktion for FPGA'er giver dig mulighed for effektivt at kontrollere afbrydelser ved at bruge Finite State Machines (FSM'er).

I tilfælde af mikrokontrollere skal du tage højde for den tid, det tager af ISR at løse en afbrydelse. Du kan omlægge en FPGA nemt ved bare at omprogrammere den. Konfigurationen i en FPGA indlæses på de konfigurerbare logiske celler, når der tændes for strømmen.

Du behøver ikke foretage ændringer i hardwaren for at omprogrammere FPGA. FPGA'er er velegnede til højhastighedsbehandling af parallelle data og leveres med en høj grad af tilpasning. De har dog også ulemperne ved prototypedrift og kompleksiteten i konfigurationen. Så FPGA'erne kan vælges med disse fordele i forhold til mikrokontrollere. Lad os starte FPGA-programmeringen og understrege