بخش مدار های ASIC/FPGA _ بلوک های منطقی قابل برنامه ریزی
تاریخچه (مدارهای مجتمع FPGA) _(یک مرور کامل از تاریخچه)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
نکته : آرایه گیت قابل برنامه‌ریزی میدانی (FPGA) یک مدار مجتمع است که می‌تواند پس از ساخت برای عملکرد یا کاربرد مورد نیاز برنامه‌ریزی یا برنامه‌ریزی شود. ویژگی های مهم آرایه های دروازه قابل برنامه ریزی میدانی شامل پیچیدگی کمتر، سرعت بیشتر، طراحی حجم و توابع قابل برنامه ریزی است. با پیشرفت‌های بیشتر تکنولوژیکی، آرایه‌های دروازه قابل برنامه‌ریزی میدانی پیشنهادی مناسب برای اکثر طرح‌ها و بازارها هستند.
یک آرایه گیت قابل برنامه ریزی میدانی شامل بلوک های منطقی است که قابل برنامه ریزی، اتصالات قابل تنظیم مجدد و پدهای ورودی/خروجی هستند. بلوک های منطقی مورد استفاده در یک آرایه دروازه قابل برنامه ریزی میدانی می توانند از عناصر حافظه مانند فلیپ فلاپ یا بلوک های حافظه تشکیل شوند. بلوک های منطقی قادر به انجام توابع محاسباتی ساده تا پیچیده هستند. آرایه های گیت قابل برنامه ریزی میدانی از بسیاری جهات شبیه به تراشه های حافظه قابل برنامه ریزی فقط خواندنی هستند. با این حال، بر خلاف تراشه های حافظه قابل برنامه ریزی فقط خواندنی، که به صدها گیت محدود می شوند، یک آرایه گیت قابل برنامه ریزی میدانی می تواند چندین هزار گیت را پشتیبانی کند. یکی دیگر از ویژگی‌های برجسته آرایه های دروازه ای قابل برنامه ریزی میدانی، توانایی برنامه ریزی مجدد است، برخلاف مدارهای مجتمع خاص برنامه ای که برای کارهای خاص ساخته می شوند.یک آرایه گیت قابل برنامه ریزی میدانی می تواند به کاربران رایانه در تنظیم قابلیت های ریزپردازنده‌ها برای برآوردن نیازهای فردی خاص کمک کند. در واقع طراحان مدار الکترونیکی از آرایه های دروازه ای قابل برنامه ریزی میدانی در طراحی مدارهای مجتمع تخصصی استفاده می کنند. از دیگر مزایای استفاده از آرایه‌های دروازه قابل برنامه ریزی میدانی می توان به چرخه عمر قابل پیش بینی تر به دلیل حذف قابلیت های ویفر، ریسپین های بالقوه، زمان سریع تر برای عرضه به بازار در مقایسه با گزینه های دیگر و چرخه طراحی ساده تر اشاره کرد.آرایه های گیت قابل برنامه ریزی میدانی در طیف وسیعی از کاربردها و در بازارهایی مانند هوافضا، دفاع، مراکز داده، خودرو، پزشکی و ارتباطات بی‌سیم استفاده می شوند.
Fpga تراشه متشکل از آرایه هایی از Gate های منطقی برناپذیر است که با آن می توان مدارات منطقی پیچیده را پیاده سازی نمود.به طور کلی بلوک های داخلی FPGA قابل برنامه ریزی هستند و با یک برنامه ریزی ساده می توان آن را به هر مدار دلخواه تغییر داد از این رو به این تراشه ها قابل برنامه ریزی می گویند. در FPGA هیچ CPU یی وجود ندارد و با نوشتن کد به یک FPGA در واقع ما سخت افزار مدار را طراحی میکنیم.در FPGA بر خلاف قابلیت اجرای پردازش های موازی وجود دارد و این امر باعث بالا رفتن سرعت عملیات در یک FPGA می شود. همچنین یک FPGA به دلیل استفاده مستقیم از گیت ها و بلوک های منطقی و عملیاتی دیگر خیلی سریع تر از میکروکنترلر هست. به همین دلیل از FPGA ها برای ساخت سیستم های پرسرعت و حساس که دارای پیچیدگی های خاص هم می باشند استفاده می شود.برای طراحی یک مدار با یک FPGA ما نیاز به یک زبان توصیف سخت افزار داریم که کد های نوشته شده ی ما را به مدار مد نظر ما تبدیل کند. در واقع ما در یک FPGA با نوشتن برنامه مدار مورد نظرمان را طراحی می کنیم. تعداد زبان های توصیف سخت افزار زیاد است.
ماهیت اساسی FPGA این امکان را می دهد تا انعطاف پذیر تر از بسیاری از میکروکنترلر ها باشد. اصطلاح قابل برنامه ریزی از قبل به شما می گوید که کل دستگاه FPGA را می توان برای انجام هر کار منطقی که می تواند در تعداد دروازه های موجود در آن تنظیم شود ، دوباره برنامه ریزی کرد. انعطاف پذیریFPGA به دلیل قیمت آنها در مقایسه با میکروکنترلرهای معمولی ، انرژی بیشتری را مصرف می کند ، و این باعث می شود آنها برای برنامه هایی که تخلیه برق مشکل دارد ، نامناسب باشند. ایجاد یک عملکردFPGA در یک نقش خاص نیز در مقایسه با میکروکنترلرها بسیار طولانی تر طول می کشد ، زیرا شما مجبور هستید که همه کدها را از ابتدا بنویسید و آن را به زبان دستگاه تبدیل کنید. با استفاده از میکروکنترلر ها ، می توانید بسته هایی را که به سمت یک کار خاص در نظر گرفته شده اند خریداری کنید و فقط آنها را با مشخصات دقیق خود نسبتاً عجیب برنامه ریزی کنید.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید)
دکترایِ تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک