Programare Avansata cu fpga 1 Circuite programabile. Prezentare generală



Yüklə 469 b.
tarix02.11.2017
ölçüsü469 b.


Programare Avansata cu FPGA - 1

  • 1. Circuite programabile. Prezentare generală

  •  Circuitele integrate se pot împărţi în trei clase principale:

    • personalizate
    • semi-personalizate
    • Standard
  • Cele semi-personalizate se împart la rândul lor în:

    • programabile prin intermediul unei măşti (gate array, ROM )
    • programabile de către utilizator (PROM, CPLD, FPGA).

Circuite programabile. Prezentare generală



Circuite programabile. Prezentare generală

  • Trei dintre tipurile de circuitele prezentate mai sus au un succes din ce în ce mai important pe piaţă în ultimul timp:

    • ASIC-urile care au avut un mare succes în anii 80 şi 90
    • CPLD-urile pentru aplicaţii ce nu necesită foarte multe porţi logice şi nici performanţe ridicate
    • FPGA-urile ce pot fi folosite într-o multitudine de domenii dintre cele mai variate din domeniul electronicii sau al ştiinţei calculatoarelor şi nu numai.


CPLD Avantaje / dezavantaje

  • CPLD (Complex Programable Logic Devices)

    • sunt de obicei produse de aceleaşi companii ca şi circuitele FPGA
    • din punct de vedere al costului sunt între ASIC-uri şi FPGA-uri
    • din punctul de vedere al performanţelor sunt întrecute de ambele.


CPLD Avantaje / dezavantaje

  • Sunt construite dintr-o matrice de blocuri logice interconectate printr-o matrice de switch-uri programabile.

  • În mod curent fiecare bloc logic conţine patru până la şase macrocelule, în funcţie de arhitectură.

  • Una din primele companii producătoare de CPLD-uri şi cea cu cel mai mare succes pe această piaţă este Altera cu familia MAX (Multiple Array Matrix) ce are la bază două componente principale:

    • LAB (Logic Array Blocks)
    • PIA (Programmable Interconnect Array).


Familii de FPGA-uri

  • În ultimii ani, numărul firmelor producătoare de circuite FPGA aproape că s-a dublat, existând în acest moment cel puţin 7 firme importante pe piaţă în acest domeniu:

    • Xilinx
    • Altera
    • Actel,Lucent, Atmel, Lattice Semiconductor şi QuickLogic.
  • Numărul mare de firme producătoare se explică prin extinderea pieţei FPGA-urilor după cum urmează:

    • 1999: 442.000.000 US$
    • 2000: 620.000.000 US$
    • 2002: 2.300.000.000 US$
    • 004: 2.940.000.000 US$


Distribuţia pe procente a pieţei de FPGA-uri în patru ani consecutivi:



FPGA-uri Xilinx

  • După cum se poate observa şi din graficele prezentate anterior, firma Xilinx Inc. deţine poziţia de lider pe piaţa actuală de FPGA-uri.

  • Principalele familii de astfel de circuite produse sunt:

    • Spartan (XL, II, II-E, III)
    • Virtex/Virtex-E.


FPGA-uri Spartan

  • Familia de FPGA-uri Spartan a fost dezvoltată începând cu anul 1998 şi are următoarele caracteristici principale:

  • sunt FPGA-uri de tip SRAM ce au incorporată şi memorie RAM pentru uzul clientului şi nu doar ca resurse interne de rutare;

  • prima familie de FPGA ce poate înlocui cu succes ASIC-urile din punctul de vedere al performanţei;

  • cel mai bun raport preţ/performanţă din industria de profil;

  • performanţă înaltă din punctul de vedere al frecvenţelor de ceas suportate (100MHz - 200MHz);

  • preţ foarte scăzut: 2.49$ pentru Spartan-XL;

  • cele mai avantajoase din punctul de vedere al puterii consumate (50% faţă de FPGA-urile cu acelaşi număr de porţi produse de alte companii);

  • sunt cu cel puţin 10% mai rapide decât produsele similare ale competiţiei;



Familia de FPGA-uri Spartan (XL, II şi II-E)



FPGA-uri Virtex

  • Familia Virtex este cea mai nouă şi mai modernă familie de FPGA-uri Xilinx, este dezvoltată începând cu anul 1999 şi are următoarele caracteristici mai importante:

  • densitate de porţi logice pornind de la 50000 şi până la 3 milioane de porţi logice;

  • suportă 20 de standarde de I/O printre care şi trei standarde de intrare / ieşire diferenţiale;

  • până la 804 I/O la peste 311 Mb/s fiecare;

  • au până la 832Kb de memorie BRAM internă;

  • suport simultan pentru voltaje diferite (1.8, 2.5, 3.3 şi 5V);

  • suportă frecvenţe de ceas de peste 300 MHz;

  • suportă transfer de date DDR între două FPGA-uri de acelaşi tip;

  • prezintă cozi de date interne;

  • prezintă suport pentru standardul PCI-X;

  • sunt cele mai rapide FPGA-uri de pe piaţă în acest moment;



FPGA-uri Virtex



FPGA-uri Altera

  • Altera ocupă în prezent cea de-a doua poziţie pe piaţa de circuite FPGA, dar ocupă primul loc în ceea ce priveşte producţia de circuite CPLD.

  • În ultimii ani diferenţele de volum de producţie dintre Xilinx şi Altera s-au micşorat în favoarea celor din urmă.

  • Din punctul de vedere al tipurilor de tipurilor de arii logice programabile, Altera produce atât FPGA-uri SRAM (de exemplu familia FLEX) cât şi FPGA-uri ce se bazează pe tehnologia EPROM (familia MAX de CPLD şi FPGA).

  • Principalele familii de arii logice programabile oferite de Altera sunt: Acex, FLEX, APEX, Cyclone şi Stratix.



FPGA-uri Altera

  • Familia de FPGA-uri FLEX are trei ramuri principale: FLEX6000, FLEX8000 şi FLEX10K.

  • Circuitele FLEX6000 sunt cele mai ieftine din această familie şi au următoarele caracteristici: sunt de tip SRAM, alimentare şi I/O la 3.3V sau 5V şi sunt construite folosind trei straturi de metal.

  • Circuitele FLEX10K oferă o sumă de porţi logice în intervalul 10000 - 250000, sunt alimentate de obicei la 2.5V, sunt construite în tehnologia de 0.22 microni, un consum mult redus în comparaţie cu tipurile precedente şi sunt mai rapide cu până la 30% faţă de FLEX6000.



FPGA-uri Altera

  • FPGA-urile Cyclone de la Altera a fost produsă începând cu decembrie 2002 şi este una din cele mai importante familii de astfel de circuite produse de această companie.

  • au la bază tehnologia SRAM

  • conţin până la 20060 elemente logice

  • maxim 288Kb de memorie RAM.

  • Conform datelor oferite de Altera, aceste FPGA-uri au drept ţintă următoarele segmente ale pieţei de produse electronice:

  • sisteme TV şi DVD

  • rutere DSL

  • reţele wireless

  • controlul proceselor

  • telematică

  • imprimantele pentru calculatoare personale.



FPGA-uri Altera

  • Din punctul de vedere al performanţelor, costului şi structurii interne, aceste FPGA-uri sunt primele de la Altera ce pot concura serios pe piaţă cu circuitele ASIC ca performanţă şi număr de porţi logice oferite.

  • De asemeni, spre deosebire de alte firme producătoare, Altera oferă şi porţi de I/O de tip PLL (Phase Locked Loops) ce sunt foarte utile atunci când se doreşte sincronizarea unui circuit intern cu unul extern ce funcţionează la altă frecvenţă.



FPGA vs ASIC

  • În mod curent se consideră că principalele avantaje ale circuitelor FPGA faţă de PLD-uri sunt:

  • flexibilitatea sporită

  • arie de silicon folosită

  • cost şi putere consumată mai mici

  • o importantă creştere a frecvenţei de funcţionare.

  • În ceea ce priveşte avantajele faţă de ASIC-uri acestea sunt în general următoarele:

  • Programabilitatea

  • costuri NRE (non-recurring engineering) nule

  • un timp scăzut de proiectare şi aducere a produsului pe piaţă.



FPGA vs ASIC

  • Privind lucrurile din perspectivă economică, luarea unei decizii în ceea ce priveşte folosirea FPGA-urilor sau a ASIC-urilor într-un proiect oarecare, va cere proiectantului să răspundă unor întrebări referitoare la:

  • costurile totale

  • disponibilitatea uneltelor de proiectare / testare

  • timpul de finalizare al proiectului.



FPGA vs ASIC

  • Primul pas într-o astfel de analiză este desenarea unei diagrame cu circuitele ce trebuiesc integrate în proiectul final.

  • Următorul pas este analiza aproximativă a volumului de producţie dorit.

  • După aceea se vor identifica principalele obiective ale proiectului în ordinea importanţei acestora.

  • Aceste obiective vor include costul şi aici putem numi principalele componente ale unui astfel de proiect:

    • costul NRE
    • „time to market”
    • performanţa
    • IP-urile necesare în proiectare.


FPGA vs ASIC

  • Componenta „time to market” este de obicei situată în capul listei.

  • Timpul de proiectare a unor circuite proiectate cu ASIC-uri ce folosesc un număr foarte mare de porţi logice poate ajunge câteodată la unul sau doi ani. !!!!

  • O metodă din ce în ce mai des utilizată pentru a scurta perioada de „time to market” este:

  • proiectarea şi testarea circuitelor folosind FPGA-uri şi apoi implementarea lor într-un circuit de tip ASIC.



Înainte însă de a alege soluţia implementării folosind ASIC-uri trebuie făcut un calcul care să decidă dacă costurile NRE de peste 250.000$ sunt acceptabile în cazul proiectului curent.

  • Înainte însă de a alege soluţia implementării folosind ASIC-uri trebuie făcut un calcul care să decidă dacă costurile NRE de peste 250.000$ sunt acceptabile în cazul proiectului curent.

  • Doar dacă răspunsul este da, şi de asemeni, dacă factorul „time to market” nu este foarte important ,atunci implementarea se va baza pe circuite ASIC.

  • Dacă însă nu se va lua decizia folosirii ASIC-urilor, tehnologia FPGA este cea care se va impune.

  • În acest caz, trebuie luate în considerare două aspecte:

  • în primul rând, chiar dacă instrumentele software sunt în general gratuite, pentru proiecte ce folosesc un număr mare de porţi logice va trebui să fie plătită o licenţă

  • în al doilea rând, vestea bună în cazul acestei abordări este costul NRE nul.



FPGA vs ASIC

  • De asemeni, printre plusurile date de o implementare pe bază de FPGA sunt şi avantajele principale ale acestor circuite:

  • circuite PLL integrate

  • intrări/ieşiri programabile ce respectă aproape toate standardele actuale

  • mai multe resurse interne de rutare

  • circuite de înmulţire realizate în hardware

  • memorie internă

  • IP-uri publice pentru circuite matematice, de comunicare şi microprocesoare.

  • Mai mult decât atât, orice greşeală găsită în perioada de testare poate fi îndreptată imediat şi fără nici un cost adiţional prin reprogramarea FPGA-ului în timp ce în cazul ASIC-urilor poate costa până la 500.000$ şi şase săptămâni întârziere pentru îndreptarea aceleiaşi greşeli.



Exemplu de modul Verilog



“Imaginea” FPGA-ului Spartan2 după programarea sa:



Zoom In:



Zoom In:





Zoom In:




Yüklə 469 b.

Dostları ilə paylaş:




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©muhaz.org 2020
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə