Cómo asignar pines FPGA

FPGA es la abreviatura de Field-Programmable Gate Array en inglés, que es una matriz de puertas programables en campo. Es un producto de mayor desarrollo basado en dispositivos programables como PAL, GAL y CPLD. Aparece como un circuito semipersonalizado en el campo de los circuitos integrados de aplicaciones específicas (ASIC), que no solo resuelve las deficiencias de los circuitos personalizados, sino que también supera las deficiencias del número limitado de puertas en los dispositivos programables originales.

Principio de funcionamiento de FPGA

FPGA adopta un nuevo concepto de matriz de celdas lógicas LCA (Logic Cell Array), que incluye el módulo lógico configurable CLB (Configurable Logic Block), módulos de salida y entrada. Hay tres partes: IOB (Bloque de entrada y salida) y conexión interna (Interconexión). Las características básicas de FPGA son:

1) Al utilizar FPGA para diseñar circuitos ASIC, los usuarios pueden obtener chips adecuados sin la necesidad de producir obleas.

2) FPGA se puede utilizar como muestras piloto para otros circuitos ASIC totalmente personalizados o semipersonalizados.

3) Hay abundantes flip-flops y pines de E/S dentro de la FPGA.

4) FPGA es uno de los dispositivos con el ciclo de diseño más corto, menor costo de desarrollo y menor riesgo entre los circuitos ASIC.

5) FPGA adopta tecnología CHMOS de alta velocidad, tiene bajo consumo de energía y es compatible con niveles CMOS y TTL.

Se puede decir que los chips FPGA son una de las mejores opciones para que los sistemas de lotes pequeños mejoren la integración y la confiabilidad del sistema.

FPGA establece su estado de funcionamiento mediante el programa almacenado en la RAM del chip. Por lo tanto, la RAM del chip debe programarse durante la operación. Los usuarios pueden utilizar diferentes métodos de programación según los diferentes modos de configuración.

Cuando se enciende, el chip FPGA lee los datos de la EPROM en la RAM de programación del chip. Una vez completada la configuración, la FPGA entra en estado de funcionamiento. Después de un corte de energía, la FPGA vuelve a ser un chip blanco y la relación lógica interna desaparece. Por lo tanto, la FPGA se puede usar repetidamente. La programación de FPGA no requiere un programador FPGA dedicado, solo use un programador EPROM o PROM general. Cuando necesite modificar la función FPGA, solo necesita cambiar una EPROM. De esta manera, el mismo FPGA y diferentes datos de programación pueden producir diferentes funciones de circuito. Por tanto, el uso de FPGA es muy flexible.

Modo de configuración FPGA

FPGA tiene múltiples modos de configuración: el modo maestro paralelo es un FPGA más una EPROM; el modo maestro-esclavo puede admitir una PROM para programar múltiples FPGA en serie; use la PROM en serie para programar el FPGA; el modo periférico puede usar el FPGA como un periférico del microprocesador, y el microprocesador puede programarlo.

Cómo lograr un cierre de sincronización rápido, reducir el consumo y el costo de energía, optimizar la administración del reloj y reducir la complejidad del diseño paralelo de FPGA y PCB siempre han sido cuestiones clave que los ingenieros de diseño de sistemas que utilizan FPGA deben considerar. Hoy en día, a medida que los FPGA se desarrollan hacia una mayor densidad, mayor capacidad, menor consumo de energía e integración de más IP, los ingenieros de diseño de sistemas, si bien se benefician de estos excelentes rendimientos, tienen que enfrentar un rendimiento sin precedentes y nuevos desafíos de diseño provocados por diferentes niveles de capacidad.

Por ejemplo, la serie Virtex-5 lanzada recientemente por Xilinx, un fabricante líder de FPGA, utiliza un proceso de 65 nm y puede proporcionar hasta 330.000 celdas lógicas, 1.200 E/S y una gran cantidad de bloques IP duros. . La capacidad y densidad ultragrandes hacen que el cableado complejo sea más impredecible, lo que genera problemas de cierre de sincronización más graves. Además, los problemas de gestión del reloj y distribución de voltaje se vuelven más difíciles a medida que se integran un mayor número de funciones lógicas, DSP, procesamiento integrado y bloques de interfaz para diferentes aplicaciones.

Afortunadamente, los fabricantes de FPGA y los proveedores de herramientas EDA están trabajando juntos para resolver los desafíos de diseño únicos de los FPGA de 65 nm. No hace mucho, Synplicity y Xilinx anunciaron el establecimiento de un grupo de trabajo conjunto sobre cierre de temporización de capacidad ultragrande, con el objetivo de ayudar a los ingenieros de diseño de sistemas a aplicar dispositivos FPGA de 65 nm de forma más rápida y eficiente.

La herramienta integral Blast FPGA lanzada por el proveedor de software de diseño Magma puede ayudar a establecer diseños optimizados y acelerar el cierre de tiempos.

¡Recientemente, los métodos de configuración de FPGA se han diversificado!

Introducción a los principales fabricantes de FPGA 1. Altera2, Xilinx3, Actel4, Lattice Entre ellos, Altera y Xilinx producen principalmente FPGA de uso general y sus principales productos utilizan tecnología RAM. Actel proporciona principalmente FPGA no volátiles y sus productos se basan principalmente en tecnología antifusible y tecnología FLASH.