Где применяются FPGA
Аппаратный чип, который может выполнять логические процессы, известен под названием FPGA или ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема или программируемая вентильная матрица). Они состоят из схем, рассредоточенных по кристаллу, и либо интегрированной сети, либо набора программируемых логических элементов. Фундаментальными компонентами FPGA являются отдельные программируемые логические блоки или CLB. Эти CLB соединяются посредством программируемых межсоединений. В отличие от других типов полупроводниковых микросхем (таких как ASIC), которые часто являются «жесткими» по своей конструкции и исполнению, как следует из названия полупроводниковой технологии, преимущества FPGA признаются благодаря их возможности программирования.
Одним из важнейших продуктов в микроэлектронике, играющих ключевую роль в развитии многих технических разработок, являются чипы FPGA. В этом материале мы опишем наиболее распространенные приложения FPGA и приведем примеры их использования в различных контекстах. Существуют различные типы микросхем FPGA, некоторые из которых предпочтительнее в определенных ситуациях и приложениях.
Высокоскоростные интерфейсы
На самом деле нам следовало ожидать, что FPGA будет полезна при проектировании высокоскоростных интерфейсов, прочитав о ее возможностях в области связи и цифровой обработки сигналов. Ее высокоскоростная вычислительная мощность и сотни тысяч операций ввода/вывода создают уникальные преимущества в области проектирования высокоскоростных интерфейсов. Например, для обработки данных, возможно, придется взаимодействовать с компьютером, переносить обработанные данные на компьютер для отображения или делать все три действия. ПК предлагает дополнительные интерфейсы для подключения к другим устройствам, таким как ISA, PCI, PCI Express, PS/2, USB и другие.
Когда разработчику требуется несколько интерфейсов, ему нужно более одного из этих интерфейсных чипов, что, несомненно, усложнит аппаратную периферию, объем платы значительно увеличится, и это станет довольно неудобно. Однако если он использует FPGA, преимущество сразу становится очевидным. Это стандартная процедура, которая предполагает использование соответствующего интерфейса и интерфейсной микросхемы, например микросхемы интерфейса PCI. Поскольку различная интерфейсная логика может быть интегрирована внутри FPGA, больше нет необходимости в большом количестве интерфейсных микросхем. Это сделает обработку данных нашего интерфейса более полезной вместе с использованием памяти DDR.
Искусственный интеллект
За эти два десятилетия искусственный интеллект быстро развивался. Если вы любите следить за новостями в сфере технологий, в последнее время вы будете наполнены информацией, связанной с искусственным интеллектом. Например, автономное вождение требует использования ряда датчиков, которые могут использовать FPGA для интегрированного управления и обработки этих датчиков. Автономное вождение требует сбора различных сигналов дорожного движения, таких как маршруты движения, светофоры, препятствия и скорость.
FPGA можно использовать для завершения предварительной обработки информации систем искусственного интеллекта, поскольку существуют некоторые интеллектуальные роботы, которым требуется сбор и обработка звуковых или визуальных сигналов.
Цифровая обработка сигналов
Архитектура параллельной обработки FPGA, позволяющая выполнять цифровую обработку сигналов, является ее основным преимуществом. Благодаря такому параллельному подходу FPGA идеально подходят для повторяющихся задач цифровой обработки сигналов, таких как КИХ и другие цифровые фильтры. Для приложений высокоскоростной параллельной цифровой обработки сигналов производительность FPGA значительно превосходит архитектуру последовательного выполнения процессоров DSP (ЦОС) общего назначения, а напряжение и возможности управления ее интерфейсами программируются, а не ограничиваются набором команд, как в традиционных DSP.
Трудно интегрировать в ЦОС-процессоры такие интерфейсы, как LVDS, с уровнем скорости Гбит/с, поскольку ограничение тактового цикла набора команд не позволяет ему обрабатывать чрезмерно быстрые сигналы. В результате в области цифровой обработки сигналов регулярно используются FPGA.
Разработка микросхем
Чтобы гарантировать успех, версия микросхемы должна пройти достаточное количество симуляционных испытаний и проверку FPGA. Проверка FPGA в основном включает в себя перенос кода описания аппаратной части микросхемы в FPGA, использование инструментов синтеза FPGA для синтеза, компоновку проводки для окончательного создания битовых файлов, а затем загрузку на плату FPGA для проверки. Проверка моделированием предполагает запуск программного обеспечения для моделирования на сервере, аналогичного программному обеспечению ModelSim/VCS. Мы также можем разделить код FPGA на более мелкие части для сложных ИС. Схема, созданная с помощью FPGA, поразительно близка к оригинальной микросхеме. Благодаря этому разработчики ИС теперь могут гораздо легче проверять свои проекты. FPGA используются для множества других целей, включая высокоскоростной сбор данных в электроэнергетическом секторе, высокоскоростной аналоговый сбор и передачу больших объемов данных в медицинском секторе, радары, спутники и системы наведения в армии, среди прочего.
Системы связи
Можно сказать, что применение ПЛИС в сфере связи всесильно. Благодаря особенностям внутренней структуры FPGA, распределенные алгоритмические структуры просты в реализации, что особенно выгодно для разработки высокоскоростной цифровой обработки сигналов в беспроводной связи. Поскольку многие функциональные модули в системах беспроводной связи обычно требуют большого объема операций фильтрации, а эти операции фильтрации часто требуют большого объема операций умножения и накопления. Эти процессы умножения и накопления также можно эффективно выполнять путем построения распределенных арифметических структур с использованием FPGA.
Обработка видеоизображений
Подобно тому, как высокое разрешение (HD) в конечном итоге заменило стандартное разрешение (SD), ожидания людей в отношении стабильности, четкости, яркости и цвета изображения постоянно растут по мере развития технологий. Прямое использование ASSP или DSP больше не позволяет обрабатывать такой большой объем данных из-за возрастающей сложности метода сжатия изображения и увеличения объема данных, которые необходимо обрабатывать в реальном времени. Когда это происходит, преимущества FPGA становятся очевидными, поскольку они могут более успешно обрабатывать данные. Следовательно, FPGA становятся все более и более распространенными на рынке обработки изображений, даже с учетом стоимости.
Помимо вышеприведенных областей применения FPGA широко применяются в аэрокосмическом оборудовании, медицинской технике, потребительских устройствах и прочих устройствах, в которых требуется высокоскоростная обработка сигналов.
© digitrode.ru