FPGA ఆర్కిటెక్చర్ మరియు అనువర్తనాల ప్రాథమికాలు

సమస్యలను తొలగించడానికి మా పరికరాన్ని ప్రయత్నించండి





FPGA అనే ​​పదం ఫీల్డ్ ప్రోగ్రామబుల్ గేట్ అర్రేను సూచిస్తుంది మరియు ఇది ఒక రకం సెమీకండక్టర్ లాజిక్ చిప్ ఇది PLD ల మాదిరిగానే దాదాపు ఏ రకమైన సిస్టమ్ లేదా డిజిటల్ సర్క్యూట్ అయ్యేలా ప్రోగ్రామ్ చేయవచ్చు. PLDS వందలాది గేట్లకు పరిమితం చేయబడింది, అయితే FPGA లు వేలాది గేట్లకు మద్దతు ఇస్తాయి. FPGA ఆర్కిటెక్చర్ యొక్క కాన్ఫిగరేషన్ సాధారణంగా ఒక భాషను ఉపయోగించి పేర్కొనబడుతుంది, అనగా, HDL (హార్డ్వేర్ వివరణ భాష) ఇది ASIC (అప్లికేషన్ స్పెసిఫిక్ ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్) కోసం ఉపయోగించిన మాదిరిగానే ఉంటుంది.

ఫీల్డ్ ప్రోగ్రామబుల్ గేట్ శ్రేణులు

ఫీల్డ్ ప్రోగ్రామబుల్ గేట్ శ్రేణులు



ప్రామాణిక కణాలు వంటి స్థిర ఫంక్షన్ ASIC టెక్నాలజీపై FPGA లు అనేక ప్రయోజనాలను అందించగలవు. సాధారణంగా, ASIC లు తయారీకి నెలలు పడుతుంది మరియు పరికరం పొందటానికి వాటి ఖర్చు వేల డాలర్లు అవుతుంది. కానీ, FPGA లు సెకనులోపు కల్పించబడతాయి, ఖర్చు కొన్ని డాలర్ల నుండి వెయ్యి డాలర్ల వరకు ఉంటుంది. FPGA యొక్క సౌకర్యవంతమైన స్వభావం గణనీయమైన కాస్టిన్ ప్రాంతం, విద్యుత్ వినియోగం మరియు ఆలస్యం వద్ద వస్తుంది. ప్రామాణిక సెల్ ASIC తో పోల్చినప్పుడు, ఒక FPGA కి 20 నుండి 35 రెట్లు ఎక్కువ ప్రాంతం అవసరం, మరియు వేగం యొక్క పనితీరు ASIC కన్నా 3 నుండి 4 రెట్లు నెమ్మదిగా ఉంటుంది. ఈ వ్యాసం FPGA బేసిక్స్ మరియు FPGA ఆర్కిటెక్చర్ మాడ్యూల్ గురించి వివరిస్తుంది, ఇందులో I / O ప్యాడ్, లాజిక్ బ్లాక్స్ మరియు స్విచ్ మ్యాట్రిక్స్ ఉన్నాయి. FPGA లు VLSI యొక్క కొత్త ట్రెండింగ్ ప్రాంతాలు. అందువల్ల, వీటిని ఉపయోగిస్తారు ఎలక్ట్రానిక్ ఇంజనీరింగ్ విద్యార్థుల కోసం విఎల్‌ఎస్‌ఐ ఆధారిత ప్రాజెక్టులు .


FPGA ఆర్కిటెక్చర్

సాధారణ FPGA నిర్మాణం మూడు రకాల మాడ్యూళ్ళను కలిగి ఉంటుంది. అవి I / O బ్లాక్స్ లేదా ప్యాడ్స్, స్విచ్ మ్యాట్రిక్స్ / ఇంటర్ కనెక్షన్ వైర్లు మరియు కాన్ఫిగర్ లాజిక్ బ్లాక్స్ (CLB). ప్రాథమిక FPGA ఆర్కిటెక్చర్ లాజిక్ బ్లాకుల మధ్య పరస్పర సంబంధాన్ని ఏర్పాటు చేయడానికి వినియోగదారుకు రెండు మార్గాల లాజిక్ బ్లాక్‌లను కలిగి ఉంది. FPGA ఆర్కిటెక్చర్ మాడ్యూల్ యొక్క విధులు క్రింద చర్చించబడ్డాయి:



  • CLB (కాన్ఫిగర్ లాజిక్ బ్లాక్) లో డిజిటల్ లాజిక్, ఇన్‌పుట్స్, అవుట్‌పుట్‌లు ఉన్నాయి. ఇది వినియోగదారు తర్కాన్ని అమలు చేస్తుంది.
  • వినియోగదారు తర్కాన్ని అమలు చేయడానికి ఇంటర్ కనెక్షన్లు లాజిక్ బ్లాకుల మధ్య దిశను అందిస్తాయి.
  • తర్కాన్ని బట్టి, స్విచ్ మ్యాట్రిక్స్ ఇంటర్ కనెక్షన్ల మధ్య మారడాన్ని అందిస్తుంది.
  • విభిన్న అనువర్తనాలతో కమ్యూనికేట్ చేయడానికి బాహ్య ప్రపంచానికి ఉపయోగించే I / O ప్యాడ్లు.
FPGA ఆర్కిటెక్చర్

FPGA ఆర్కిటెక్చర్

లాజిక్ బ్లాక్ కలిగి ఉంది MUX (మల్టీప్లెక్సర్) , D ఫ్లిప్ ఫ్లాప్ మరియు LUT. ఎంపిక లాజిక్ కోసం MUX ఉపయోగించబడే కాంబినేషన్ లాజికల్ ఫంక్షన్లను LUT అమలు చేస్తుంది మరియు D ఫ్లిప్ ఫ్లాప్ LUT యొక్క అవుట్పుట్ను నిల్వ చేస్తుంది

FPGA యొక్క ప్రాథమిక బిల్డింగ్ బ్లాక్ లుక్ అప్ టేబుల్ బేస్డ్ ఫంక్షన్ జెనరేటర్. LUT కి ఇన్‌పుట్‌ల సంఖ్య 3,4,6 నుండి మారుతుంది మరియు ప్రయోగాల తర్వాత 8 కూడా ఉంటుంది. ఇప్పుడు, మనకు రెండు ఫంక్షన్ జనరేటర్ల అమలుతో ఒకే LUT కి రెండు అవుట్‌పుట్‌లను అందించే అనుకూల LUT లు ఉన్నాయి.

FPGA లాజిక్ బ్లాక్

FPGA లాజిక్ బ్లాక్

జిలిన్క్స్ వర్టెక్స్ -5 అత్యంత ప్రాచుర్యం పొందిన ఎఫ్‌పిజిఎ, దీనిలో MUX తో అనుసంధానించబడిన లుక్ అప్ టేబుల్ (LUT) మరియు పైన చర్చించిన విధంగా ఫ్లిప్ ఫ్లాప్ ఉన్నాయి. ప్రస్తుత FPGA లో వందల లేదా వేల కాన్ఫిగర్ లాజిక్ బ్లాక్‌లు ఉంటాయి. FPGA ను కాన్ఫిగర్ చేయడానికి, మోడల్‌సిమ్ మరియు జిలిన్క్స్ ISE సాఫ్ట్‌వేర్‌లు బిట్‌స్ట్రీమ్ ఫైల్‌ను రూపొందించడానికి మరియు అభివృద్ధికి ఉపయోగిస్తారు.


అనువర్తనాల ఆధారంగా FPGA ల రకాలు

తక్కువ-స్థాయి FPGA లు, మధ్య-శ్రేణి FPGA లు మరియు హై-ఎండ్ FPGA లు వంటి అనువర్తనాల ఆధారంగా ఫీల్డ్ ప్రోగ్రామబుల్ గేట్ శ్రేణులను మూడు రకాలుగా వర్గీకరించారు.

FPGA ల రకాలు

FPGA ల రకాలు

తక్కువ ముగింపు FPGA లు

ఈ రకమైన ఎఫ్‌పిజిఎలు తక్కువ విద్యుత్ వినియోగం, తక్కువ లాజిక్ సాంద్రత మరియు చిప్‌కు తక్కువ సంక్లిష్టత కోసం రూపొందించబడ్డాయి. తక్కువ ముగింపు FPGA లకు ఉదాహరణలు ఆల్టెరా నుండి తుఫాను కుటుంబం, జిలిన్క్స్ నుండి స్పార్టన్ కుటుంబం, మైక్రోసెమి నుండి ఫ్యూజన్ కుటుంబం మరియు లాటిస్ సెమీకండక్టర్ నుండి మాక్ XO / ICE40.

మధ్య శ్రేణి FPGA లు

ఈ రకమైన FPGA లు తక్కువ-ముగింపు మరియు అధిక-ముగింపు FPGA ల మధ్య వాంఛనీయ పరిష్కారం మరియు ఇవి పనితీరు మరియు వ్యయం మధ్య సమతుల్యతగా అభివృద్ధి చేయబడతాయి. మధ్య శ్రేణి FPGA లకు ఉదాహరణలు ఆల్టెరా నుండి అరియా, ఎక్స్‌లినిక్స్ నుండి ఆర్టిక్స్ -7 / కింటెక్స్ -7 సిరీస్, మైక్రోసెమి నుండి IGL002 మరియు ECP3 మరియు లాటిస్ సెమీకండక్టర్ నుండి ECP5 సిరీస్.

హై ఎండ్ FPGA లు

లాజిక్ డెన్సిటీ మరియు అధిక పనితీరు కోసం ఈ రకమైన ఎఫ్‌పిజిఎలను అభివృద్ధి చేస్తారు. హై ఎండ్ ఎఫ్‌పిజిఎలకు ఉదాహరణలు ఆల్టెరా నుండి స్ట్రాటిక్స్ కుటుంబం, జిలిన్క్స్ నుండి వర్టెక్స్ కుటుంబం, అక్రోనిక్స్ నుండి స్పీడ్‌స్టర్ 22 ఐ కుటుంబం మరియు మైక్రోసెమి నుండి ప్రోయాసిక్ 3 కుటుంబం.

FPGA యొక్క అనువర్తనాలు:

గత దశాబ్దంలో FPGA లు వేగంగా వృద్ధిని సాధించాయి ఎందుకంటే అవి విస్తృత శ్రేణి అనువర్తనాలకు ఉపయోగపడతాయి. FPGA యొక్క నిర్దిష్ట అనువర్తనంలో డిజిటల్ సిగ్నల్ ప్రాసెసింగ్, బయోఇన్ఫర్మేటిక్స్, డివైస్ కంట్రోలర్స్, సాఫ్ట్‌వేర్-డిఫైన్డ్ రేడియో, రాండమ్ లాజిక్, ASIC ప్రోటోటైపింగ్, మెడికల్ ఇమేజింగ్, కంప్యూటర్ హార్డ్‌వేర్ ఎమ్యులేషన్, బహుళ SPLD లను సమగ్రపరచడం, స్వర గుర్తింపు , క్రిప్టోగ్రఫీ, ఫిల్టరింగ్ మరియు కమ్యూనికేషన్ ఎన్‌కోడింగ్ మరియు మరెన్నో.

సాధారణంగా, ఉత్పత్తి పరిమాణం తక్కువగా ఉన్న నిర్దిష్ట నిలువు అనువర్తనాల కోసం FPGA లు ఉంచబడతాయి. ఈ తక్కువ-వాల్యూమ్ అనువర్తనాల కోసం, అగ్ర కంపెనీలు యూనిట్‌కు హార్డ్‌వేర్ ఖర్చులను చెల్లిస్తాయి. నేడు, కొత్త పనితీరు డైనమిక్స్ మరియు వ్యయం ఆచరణీయ అనువర్తనాల పరిధిని విస్తరించాయి.

FPGA యొక్క అనువర్తనాలు

FPGA యొక్క అనువర్తనాలు

మరికొన్ని సాధారణ FPGA అనువర్తనాలు: ఏరోస్పేస్ అండ్ డిఫెన్స్, మెడికల్ ఎలక్ట్రానిక్స్, ASIC ప్రోటోటైపింగ్, ఆడియో, ఆటోమోటివ్, బ్రాడ్కాస్ట్, కన్స్యూమర్ ఎలక్ట్రానిక్స్, డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ మానిటరీ సిస్టమ్స్, డేటా సెంటర్, హై పెర్ఫార్మెన్స్ కంప్యూటింగ్, ఇండస్ట్రియల్, మెడికల్, సైంటిఫిక్ ఇన్స్ట్రుమెంట్స్, భద్రతా వ్యవస్థలు , వీడియో & ఇమేజ్ ప్రాసెసింగ్, వైర్డ్ కమ్యూనికేషన్స్, వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్స్ .

FPGA ఆధారిత ప్రాజెక్ట్ ఆలోచనలు:

ఫైనల్ ఇయర్ ఇంజనీరింగ్ విద్యార్థుల కోసం వెరిలోగ్ హెచ్‌డిఎల్ మరియు విహెచ్‌డిఎల్‌తో ప్రయోగాలు చేయడానికి ఎఫ్‌పిజిఎ ఆధారిత ప్రాజెక్ట్ ఆలోచనల జాబితా ఇక్కడ ఉంది. ది ఎలక్ట్రానిక్ ప్రాజెక్టుల ఆలోచనల జాబితా FPGA ఆధారంగా క్రింద ఇవ్వబడింది:

FPGA బేస్డ్ ప్రాజెక్ట్ ఐడియాస్

FPGA బేస్డ్ ప్రాజెక్ట్ ఐడియాస్

  1. FPGA ఆధారంగా భద్రతా లాగిన్ సిస్టమ్
  2. FPGA బేస్డ్ డిజిటల్ హియరింగ్ AID CHIP
  3. FPGA బేస్డ్ రియల్ టైమ్ ఇమేజ్ ఫీచర్ ఎక్స్‌ట్రాక్షన్ ఆర్కిటెక్చర్
  4. FPGA బేస్డ్ డిజైన్ & Mp4 డీకోడర్ల అమలు
  5. FPGA బేస్డ్ ట్రాఫిక్ సిగ్నల్ కంట్రోల్ సిస్టమ్ డిజైన్ మరియు అమలు
  6. కార్డిక్ అల్గోరిథం ఉపయోగించి పల్స్ కంప్రెషన్ కోసం FPGA ఆధారిత హై ఫ్రీక్వెన్సీ క్యారియర్ జనరేషన్
  7. మాక్రో గేట్ మరియు మిశ్రమ LUT తో ప్రోగ్రామబుల్ లాజిక్ బ్లాక్ డిజైన్ మరియు సింథసిస్
  8. అప్లికేషన్ స్పెసిఫిక్ ఇన్స్ట్రక్షన్ సెట్ ప్రాసెసర్ డిజైన్, ఇంప్లిమెంటేషన్ మరియు స్టడీ ఒక నిర్దిష్ట డిఎస్పి టాస్క్
  9. WCDMA అప్లింక్ రిసీవర్ కోసం సింక్రొనైజేషన్ యూనిట్ డిజైన్ అండ్ ఇంప్లిమెంటేషన్
  10. IEEE 802.16e (మొబైల్ వైమాక్స్) కోసం FFGA అల్గోరిథం అమలు
  11. యొక్క FPGA బేస్డ్ డిజైనింగ్ GPS (గ్లోబల్ పొజిషనింగ్ సిస్టమ్) -జిఎస్‌ఎం (గ్లోబల్ సిస్టమ్స్ ఫర్ మొబైల్స్) మొబైల్ నావిగేటర్
  12. స్పేస్ వెక్టర్ పిడబ్ల్యుఎం (పల్స్ వెడల్పు మాడ్యులేషన్) మూడు-స్థాయి కన్వర్టర్‌ల కోసం: ల్యాబ్‌వ్యూ వ్యూ అమలు
  13. హై పెర్ఫార్మెన్స్ ఎంబెడెడ్ ప్రాసెసింగ్ కోసం ప్రోగ్రామబుల్ మల్టీ ప్రాసెసర్ ప్లాట్‌ఫాం రూపకల్పన మరియు అమలు
  14. హై పెర్ఫార్మెన్స్ ప్రాసెసర్ ఆప్టిమైజేషన్ ఎక్స్‌టెన్షన్ మరియు ఎఫ్‌పిజిఎల కోసం మెరుగుపరచడం
  15. ల్యాబ్‌వ్యూ వ్యూ ఎఫ్‌పిజిఎ ఉపయోగించి ఫీల్డ్ ఓరియంటెడ్ కంట్రోల్ డెవలప్‌మెంట్ అండ్ ఎవాల్యుయేషన్
  16. లో ప్రత్యక్ష డిజిటల్ ఫ్రీక్వెన్సీ సింథసిస్ FPGA లు
  17. హై-పెర్ఫార్మెన్స్ ఎంబెడెడ్ ప్రాసెసింగ్ కోసం డిజైన్ అండ్ ప్రోగ్రామ్ మల్టీ-ప్రాసెసర్ ప్లాట్‌ఫాం
  18. FPGA ఉపయోగించి ఫీల్డ్ ప్రోగ్రామబుల్ కౌంటర్ శ్రేణుల అంతరిక్ష పరిశోధన యొక్క రూపకల్పన మరియు ఇంటిగ్రేషన్
  19. న్యూట్రినో ట్రాక్ డిటెక్షన్ కోసం ఐస్క్యూబ్ టెలిస్కోప్ యొక్క FPGA అమలు
  20. ఫర్మ్వేర్లో 3D డిస్ప్లే యొక్క ఇమేజ్ ఇంటర్పోలేషన్
  21. MIMO స్పియర్ సిస్టమ్ ఆర్కిటెక్చర్ మరియు అమలు
  22. సూపర్‌స్కాలర్ పవర్ ఎఫిషియంట్ ఎఫ్‌ఎఫ్‌టి (ఫాస్ట్ ఫోరియర్ ట్రాన్స్ఫార్మ్) ఆర్కిటెక్చర్
  23. లీనియర్ ఫీడ్‌బ్యాక్ షిఫ్ట్ రిజిస్టర్ (LFSR) తక్కువ శక్తి BIST కోసం పవర్ ఆప్టిమైజేషన్

ఈ వ్యాసంలో మీ విలువైన సమయాన్ని వెచ్చించిన తరువాత, మీకు FPGA నిర్మాణం గురించి మంచి ఆలోచన వచ్చిందని మరియు FPGA ఆధారిత ప్రాజెక్ట్ ఆలోచనల నుండి మీకు నచ్చిన ప్రాజెక్ట్ అంశాన్ని ఎన్నుకోవడం గురించి మేము విశ్వసిస్తున్నాము మరియు ఏదైనా అంశాన్ని చేపట్టడానికి మీకు తగినంత విశ్వాసం ఉందని ఆశిస్తున్నాము. జాబితా నుండి. ఈ ప్రాజెక్టుల గురించి మరిన్ని వివరాలు మరియు సహాయం కోసం, మీరు క్రింద ఇచ్చిన వ్యాఖ్యల విభాగంలో మాకు వ్రాయవచ్చు.

ఫోటో క్రెడిట్స్:

  • ఫీల్డ్ ప్రోగ్రామబుల్ గేట్ శ్రేణులు ruggedpcreview
  • FPGA బేస్డ్ ప్రాజెక్ట్ ఐడియాస్ rtcmagazine