7/28/2019 tehnologia fpga

1/8

Introducere in istoria FPGA

FPGAurile ( Field Programmable Gate Array Tablouri de Porti

Programabile pe Campuri ), asa cum sunt referite in literatura de specialitate de cele

mai multe ori, sunt un tip de unitati (logice) programabile. Unitatile programabile sunto clasa de chip-uri de interes general care pot fi configurate pentru o mare varietate de

aplicatii.

Primele unitati programabile care au confirmat au fost PROM - urile

( Programmable Read-Only MemoryMemorii Programabile cu Acces Doar-

pentru-Citire ). PROMurile programabile o singura data sunt de doua tipuri :

1. Mask-Programmable Chipcare sunt programate doar de producator2. Field-Programmable Chipcare sunt programate de utilizatorul final

Field-Programmable Chip sunt impartite in alte doua tipuri:

1. Eraseable Programable Read-Only Memory (EPROM) - ele pot fi sterse sireprogramate o singura data

2. Electrically Eraseable Programmable Read-Only Memory (EEPROM)pot fide asemenea sterese si reprogramate prin procedee electrice speciale, avand

avantajul ca aceste actiuni de schimbare a continutului lor pot fi realizate de

mai multe ori.

Un pas important in acest domeniu a fost facut la aparitia PLD

urilor( Programmable Logic DeviceUnitati Logice Programabile ) Aceste unitati

(dispozitive) au fost construite cu scopul de a implementa circuite logice. PLD urile

includeau un sir de porti SI conectate la un sir de porti SAU. PALurile

( Programmable Array Logic Tablouri Logice Programabile ) un tip de PLD des

folosite constau dintr-un plan SIprogramabil urmat de un plan SAU fixat. PAL urile

se gasesc in ambele variante (Mask si Field). PAL urile au fost construite pentru

circuite logice mici.

MPGAurile ( Mask Programmable Gate Array ) au aparut in ideea de a deservi

circuitele logice mai mari. Marea parte a MPGA

urilor este alcatuita din linii de

tramzistoare care pot fi interconectate in scopul implementarii circuitelor logice

dorite. "Utilizatorul" poate stabili dupa propria necesitate daca conexiunile se

realizeaza in interiorul liniilor si/sau intre linii. Acest lucru a inlesnit implementarea

circuitelor logice de baza dar a permis si interconectarea portilor. Datorita faptului ca

metalul de suport poate fi ales de fabricant s-a economisit mult in domeniile costului

si timpului de productie. In 1985, Xilinx Inc. a introdus FPGAurile ( Field

7/28/2019 tehnologia fpga

2/8

Progammable Gate ArrayTablouri de Porti Programabile pe Campuri ),

acestea fiind de fapt si obiectul studiului nostru. FPGAurile ofera posibilitatea de a

stabili interconexiunile dintre toate elementele.

Ce sunt FPGAurile ?

FPGAurile sunt un sir de celule continand elemente losigice si de memorie,

configurabile. Celulele pot fi interconectate folosind un numar mare de switch uri

(intrerupatoare) programabile, intr-o varietate de moduri de constructie virtuala a

orcarui sistem digital. Matricile de elemente logice si switch-uri pot fi configurate

extern prin intermediul unui "bit stream" reprezentand respectiva functie sau sistem

digital. Sistemele aparute oferite de producatorii de FPGAuri genereaza "bit

stream" - mul folosind o descriere sistematica sau de nivel inalt a sistemului digital,descriere realizata in Veriolg sau in limbajul VHDL. Design-ul poate fi simulat

inainte de configurarea FPGA ului. Cele mai multe FPGA uri sunt re-

programabile si astfel pot fi modificate foarte usor. Acest lucru ofera flexibilitate si

reduce riscurile in comparatie cu ASIC urile care nu pot fi reprogramate. Din ce in

ce mai multe aplicatii folosesc tot mai des FPGAurile din diverse motive. Inalta

performata, schimbarile de situatie tot mai rapide si costurile scazute sunt sunt doar

cateva dintre aceste motive. Acum FPGAurile sunt foarte complexe si implica

multe scheme pentru imbunatatirea performantelor, reducerea numarului de

componente si a costurilor. De exemplu, majoritatea FPGAurilor ofera in prezent

mai multe standarde diferite de I/O, dar la fel de bine si elimina rezistorii terminali depe placa. Exista mult mai multe avantaje pe care le au FPGAurile, iar producatorii

sunt intr-o continua munca de imbunatatire a lor.

7/28/2019 tehnologia fpga

3/8

Exemplu de implementare FPGA

Despre FPGA

Exista patru mari categorii de FPGAuri disponibile in mod curent: tablouri

simetrice, bazate pe linii, PDL ierarhic si "mare-de-porti".

Cele patru categorii de baza

In toate aceste categorii, interactiunile si modul in care sunt programate difera. In

prezent exista patru tehnologii. Acestea sunt:

7/28/2019 tehnologia fpga

4/8

o Celule RAM staticeo Antifuseo Tranzistoare EPROMo Tranzistoare EEPROM

Depinzand de aplicatie fiecare FPGA poate avea unele avantaje pentru acea aplicatie.

Tehnologia RAM staticin cazul acestei tehnologii conexiunile programabile se fac

cu ajutorul unor tranzistoare, porti terminale sau multiplexoare care sunt controlate de

celulele SRAM. Avantajul acestei tehnologii este acela ca permite reconfigurarea

interna rapida a circuitului. Marele dezavantaj este marimea chip-ului necesitat de

tehnologia RAM.

Tehnologia Anti-Fusese redimensioneaza in stare de inalta impedanta si poate fi

programata la impedanta scauta sau starea de "fuzibil". Chip-ul este mai mic decat cel

necesitat in cazul tehnologiei RAM, dar poate fi programat o singura data.

Tehnologia EPROM / EEPROM - aceasta metoda este aceeasi folosita si la memoriile

EPROM. Un avantaj al acestei tehnologii il constituie faptul ca reprogramarea se

poate face fara o stocare externa a configuratiei, chiar daca tranzistoarele EPROM nu

pot fi reprogramate in circuit.

Caracteristici ale celor 4 tehnologii

Cateva dintre versiunile comerciale de FPGA - uri

7/28/2019 tehnologia fpga

5/8

In continuare va vom prezenta o lista de masini computerizate care folosesc FPGA

uri, lista ce demonstreaza inca o data cat de importante sunt si amploarea pe care au

luat-o.

Actel:

Windchime (Actel 1020A)Algotronix CAL Series:

Chameleon CHS 2x4 SPACE

Altera:

ARC-PCI (EPF10K50) epX31 (EPX780) ipEngine-1 (EPF6016) MSP0 (EPF10K100) RIPP (FLEX 81188) RIPP10 (FLEX 81188) TM-2 (EPF10K50)

7/28/2019 tehnologia fpga

6/8

VIP (FLEX 81500)

ATT / Lucent ORCA:

Cheops SLC1655 (OR2CA15)

Intel:

nfXboard (NFX780) Stack (iFX780)

Xilinx XC3000 Series:

Accelerator (XC3195) Anyboard (XC3042) ArMen (XC3090) BORG (XC3042) DSP-56X (XC3042) The Flexible Processor (XC3020) GANGLION (XC3090) HARP-1 (XC3195) Mushroom (XC3090) nP (XC3090) perle-0 (XC3020) perle-1 (XC3090) PRISM (XC3090) RENNS (XC3064) S56X2 (XC3064) SPLASH (XC3090) X-12 (XC3195) Zelig (XC3090)

Xilinx XC4000 Series:

ACME (XC4010) APS X-84 (XC4000 / XC5000) BORG II (XC4003) CHAMP (XC4013) 9204/FPGA/DS-link (XC4025EX) Distributed Virtual Computer (XC4013E)

7/28/2019 tehnologia fpga

7/8

EDgAR-2 (XC4013XLT) ENABLE++ (XC4013) EVC (XC4010) EVC1 Virtual Computer (XC4013E) Functional Memory Computer (XC4010) G-800 (XC4010) G-900 (XC4028EX) ISA Proto Board Virtual (XC4013E) J32 (XC4010) LCM (XC4005) LIRMM (XC4013E) Marc-1 (XC4005) MIT Nerd Kit (XCS30) MoM-3 (XC4000EX) MORRPH-ISA (XC4025) PCI Pamette V1 (XC4010E) PRISM-II (XC4010) P series Virtual Computer (XC4013E) R16 (XC4005) RISC4005 (XC4005) Rasa (XC4010) RC1000-II (XC4010E) RC1000-PP (XC40125XV) RPM (XC4013)

SBX+ (XC4013E) SPARXIL (XC4010) Spectrum (XC4013) Spectrum2 (XC4020) SPLASH2 (XC4010) Spyder (XC4003) Spyder2 (XC4010) ST-FPGA (XC4xxx/XC5xxx) Tao (XC4013E) TbC-Pamette (XC4010) TM-1 (XC4010) V6502 (XC4013) VA1000 (XC4010) The Virtual Computer (XC4013) VZ80 (XC4013) XKL-1 (XC4013E) XS40 (XC4xxx/XC52xx)

7/28/2019 tehnologia fpga

8/8

YARDS (XC4010)

Xilinx XC6200 Series:

Hades (XC6216) RHO (XC6216) SPACE2 (XC6264)

Xilinx XC9000 Series:

XS95 (XC9500)

Custom IC:

Data-Flow Functional Computer DTM-1 ProBoard TERAMAC