FPGA ve FPGA Geliştirme Kartları – Nedir ve Ne için kullanılırlar?

FPGA, Alan Programlanabilir Kapı Dizileri olarak da bilinen yarı iletken cihazlardır. Programlanabilir bağlantılar aracılığıyla bağlanan CLB’ler (konfigüre edilebilir mantık blokları) etrafında yapılandırılmışlardır. Üretim sonrası istenen mantık fonksiyonunu veya işlevselliği uygulamak için cihazı değiştirme ve yeniden programlama imkanı sunan esnek bir yeniden yapılandırılabilir hesaplama işlevine sahiptirler. Peki, tam olarak nedirler? Bugünkü blogda şunları öğreneceksiniz:

• FPGA nedir?
• FPGA neden kullanılır?
• FPGA’lar ne için kullanılır?
• Projeler için en iyi FPGA’lar

FPGA nedir?

• FPGA’lar, programlanabilir mantık blokları etrafında yapılandırılmıştır ve yeniden yapılandırılmış bağlantılar aracılığıyla bağlanmıştır.
• Bir kullanıcı tarafından istenen uygulama veya işlevsellik gereksinimlerine göre yeniden programlanmak ve yapılandırılmak üzere tasarlanmışlardır ve bir veya daha fazla mantıksal işlem gerçekleştirebilirler.
• FPGA ile sıfırdan kendi çipinizi tasarlayabilirsiniz! FPGA ile, 1 evrensel çip ile sınırlı olan herhangi bir dijital işlevi uygulayabilirsiniz.
• Bir çip üzerindeki devrelerin bir setidir ve elektriksel işlevselliği PCB montaj süreci sırasında veya kullanıcı tarafından herhangi bir sınırlama olmaksızın değiştirilebilir.
• CPU’ya benzer karmaşık kombinasyon işlevlerini veya basit bir mantık kapısını (VE veya VEYA işlevi) gerçekleştirmek üzere yapılandırılabilir.
• Zaten sabit donanım mantığına sahip bir mikrodenetleyiciye kıyasla, belirli bir işlevi yoktur ve çalışması için sadece programlanması gerekir.

FPGA neden kullanılır?

FPGA programlamanın diğer mikrodenetleyicilere kıyasla karmaşık hesaplamalar nedeniyle daha zor olmasına ve daha fazla güç gerektirmesine rağmen, FPGA’nın bu dezavantajları aşan çeşitli avantajları vardır. Bunlar:

Esneklik

• FPGA tasarımı ile, kullanıcıya farklı bir mantık işlevini uygulamak için cihazı değiştirme ve yeniden programlama imkanı sunan esnek bir yeniden yapılandırılabilir hesaplama işlevine sahiptir.
• Bu, ASIC’ler (Uygulamaya Özel Entegre Devreler) gibi sabit donanım işlevselliğine sahip diğer donanım devrelerine kıyasla, devrede değişiklikler yapmayı maliyetsiz hale getirir.

Güvenlik

• FPGA’nın esnekliği, üretim veya programlama sırasında kötü niyetli değişiklikler için daha düşük bir risk sağlar.
• Ayrıca, çeşitli FPGA satıcıları, kullanıcıların güvenlik ihtiyaçları için bit akışı şifreleme ve kimlik doğrulama gibi çeşitli güvenlik çözümleri sunmaktadır.

Performans ve Verimlilik

• FPGA’lar, CPU’nuz için yük dengeleme ve hızlandırma işlevlerine sahiptir, bu da sisteminizin performansını artırabilir.
• FPGA’lar, birden fazla bilgi giriş kanalını işlemek veya birden fazla kanalı aynı anda kontrol etmek için uygun olan paralel yürütme için de uygundur. Örneğin, FPGA’lar ile 2 sensörü aynı anda okuyabilir ve veriler anında iletilebilir.
  • Bu, FPGA’ların enerji verimli olmasını sağlar çünkü veri iletimi için beklerken enerji israfı olmaz ve veriler yalnızca güncellemeler olduğunda işlenir.
• Mikrodenetleyicilere kıyasla, FPGA’ların veri akışı ve işleme hızları daha hızlı ve geliştirilmiştir.

Pazara çıkış süresi

• Esnek yeniden yapılandırılabilir hesaplama işlevi ile, prototipleme amaçları için idealdir.
• Paralel süreçleri sayesinde, geliştirme adımları aynı anda gerçekleştirilebilir. Ayrıca, diğer kullanıcıların elinde bile programlama değiştirilebilir ve güncellenebilir.

FPGA’lar ne için kullanılır?

FPGA’lar programlanabilir ve esnek olduklarından, birim içinde yeterli mantık blokları olduğu sürece herhangi bir dijital devreye dönüşebilirler. Bu, çeşitli endüstrilerde kullanılmalarını ve çeşitli işlevler üstlenmelerini sağlar. Bunlardan bazıları:

• Paralel İşlemler
  • Birden fazla bilgi giriş kanalını işlemek veya birden fazla kanalı aynı anda kontrol etmek için.
• Dijital Sinyal İşleme
  • Dijital filtreleme, görüntü işleme gibi algoritmalar.
• Tıbbi ve Bilimsel Amaçlar
  • Tanı, izleme ve terapi uygulamaları için tıbbi ekipmanlar (örneğin, X-Ray ve ultrason gibi tanısal görüntüleme sistemleri)
• Tüketici Elektroniği
  • Dijital televizyon (örneğin, TV yayınları için Dijital Set-üstü kutular), taşınabilir eğlence (örneğin, kameralar, akıllı telefonlar) gibi maliyet etkin çözümler sunar.
• Güvenlik Sistemleri
  • FPGA, bulut güvenliği, ağ güvenliği vb. alanlarda kullanılmaktadır.
• Veri merkezi
  • FPGA, bulut amaçları için yüksek bant genişliği, düşük gecikme süreli sunucular ve depolama uygulamaları için kullanılmaktadır.
• Havacılık ve Savunma
  • Görüntü işleme, radarlar, gerçek zamanlı sinyal işleme için radyo dalga biçimi üretimi gibi alanlarda kullanılmaktadır.

Projeler için en iyi FPGA’lar

Ne yazık ki, hiçbir şey bir şeyde en iyi değildir. FPGA’lar için de aynı şey geçerli! Her mikrodenetleyici ve tek kartlı bilgisayar, birbirinden farklı kılan kendi benzersiz özelliklerine sahiptir. Endişelenmeyin, çünkü hangi kartı almanız gerektiğini bilmeniz için bunları vurguladık!

Yeni Başlayanlar için En İyisi

Xilinx Artix-7 FPGA RISC-V opensource tabanlı Perf-V ($79.00)

• Perf-V, RISC-V açık kaynak topluluğu için PerfXLab tarafından tasarlanmış bir FPGA demoboard’dur.
• Çeşitli çevresel çipleri entegre eder ve çok sayıda arayüz sunarak büyük esneklik ve birden fazla mimari taşıma imkanı sağlar.
• Bu ürünü öğrenmeniz için bol miktarda öğrenme materyali bulunmaktadır ve RISC-V ve FPGA ürünlerinin tasarımı için mükemmel bir deney platformu işlevi görmektedir.
• Elektronik tasarım mühendisleri, donanım DIY meraklıları, üniversite öğretmenleri ve öğrencileri, hobi sahipleri için tasarlanmıştır; bu kişiler, çalışmaları, program geliştirmeleri veya bir DEMO yapmaları için kullanabilirler.
• Özellikleri arasında:
  • Mantık Hücreleri: 33280
  • DSP: 90
  • CLB’ler: 41600
  • Blok RAM (Kb): 1800
  • CMT’ler: 5

Daha büyük bir depolama alanı ve daha iyi bir FPGA Demoboard mı istiyorsunuz? Bizde de var!

Xilinx Artix-7 FPGA RISC-V opensource – XC7A100T-1FTG256C ($189.00)

• Bu kart, önceki kartla benzer özelliklere sahiptir ancak kullanıcıların çalışmaları, program geliştirmeleri, demo yapmaları vb. için daha fazla depolama ve yetenek sunan farklı özelliklere sahiptir.
• Özellikleri arasında:
  • Mantık Hücreleri: 101440
  • DSP: 240
  • CLB’ler: 126800
  • Blok RAM (Kb): 4680
  • CMT’ler: 6

İşte her ikisini karşılaştıran bir tablo!

Python Kullanıcıları için En İyi Seçim

PYNQ™ Z2 kartı – Xilinx Zynq C7Z020 SoC Tabanlı ($119.00)

• PYNQ, Xilinx®’ten açık kaynak bir projedir ve Python dili ve kütüphaneleri kullanarak Xilinx Zynq® Sistemleri üzerinde gömülü sistemler tasarlamayı kolaylaştırır.
• Kullanıcılar artık Zynq’daki programlanabilir mantık ve mikroişlemcilerin avantajlarından yararlanarak daha yetenekli ve heyecan verici gömülü sistemler inşa edebilirler.
• ZYNQ Z2’nin özellikleri şunlardır:
  • 650MHz çift çekirdekli Cortex-A9 işlemci
  • 8 DMA kanalı ve 4 Yüksek Performanslı AXI3 Slave portu ile DDR3 bellek denetleyici
  • Yüksek bant genişliğine sahip çevresel denetleyiciler: 1G Ethernet, USB 2.0, SDIO
  • Düşük bant genişliğine sahip çevresel denetleyici: SPI, UART, CAN, I2C
  • JTAG, Quad-SPI flash ve MicroSD kart ile programlanabilir
  • Artix-7 FPGA’ya eşdeğer programlanabilir mantık
  • Her biri dört 6-girişli LUT ve 8 flip-flop içeren 13,300 mantık dilimi
  • 630 KB hızlı blok RAM
  • Her biri bir faz kilitleme döngüsü (PLL) ve karışık mod saat yöneticisi (MMCM) ile 4 saat yönetim karosu
  • 220 DSP dilimi
  • Yonga üzeri analogdan dijitale dönüştürücü (XADC)

En Uygun Arduino Uyumlu Kart

Spartan Edge Hızlandırıcı Kart – Arduino FPGA Kalkanı ile ESP32 ($35.90)

• Arduino’dan bahsettiğimizde, çok az insan bunu FPGA’larla ilişkilendirir. Çünkü ikisi arasında pek bir benzerlik yoktur, açıkçası tam tersidirler. 
  • Arduino – satın alması ucuz, öğrenmesi kolay, kullanması basit, ancak karmaşık hesaplamalar ve büyük projelerle başa çıkamaz.
  • FPGA – esnek ve güçlü, ses ve video işleme gibi karmaşık hesaplamaları kolayca yapabilir, ancak öğrenmesi zor ve oldukça pahalıdır.
  • Her ikisini birleştirerek, oyun değiştirici bir ürün elde edersiniz!
• Spartan Edge Hızlandırıcı Kart, Arduino UNO kalkan form faktöründe bir Xilinx Spartan FPGA geliştirme kartıdır.
• Arduino ile FPGA kalkanı olarak ve bağımsız bir FPGA geliştirme kartı olarak çalışabilir.
• Üzerindeki ESP32 çipi ile Spartan Edge Hızlandırıcı Kart ayrıca 2.4GHz WiFi ve Bluetooth 4.1 özelliklerine sahiptir.
• Ayrıca, bu geliştirme kartı son derece oynanabilir birçok çevresel birim ve arayüze sahiptir. Örneğin, 8-bit ADC, 6 eksenli ivmeölçer, iki RGB LED, bir MINI HDMI arayüzü, bir CSI kamera arayüzü, iki Grove arayüzü vb.
• Sonuç olarak, bu kart, Yaratıcılar ve Hobi Sahipleri için mükemmel bir FPGA kartı olacaktır.

En Uygun Fiyatlı FPGA Kartı

Sipeed Tang Nano FPGA Kartı GW1N-1 FPGA ile Güçlendirilmiş ($4.90)

• Sadece $4.90’a kendi FPGA kartınızı alabilirsiniz!
• GW1N-1 FPGA ile güçlendirilmiş Sipeed Tang Nano FPGA kartı, bazı alt girişleri tamamlamak için güzel bir seçim olacaktır. Küçük boyutundan endişelenmeyin; bu FPGA geliştirme kartı için birçok unsurla iyi donatılmıştır.
• Düşük güç tüketen GW1N-1-LV çekirdek çipi taşır, bu çip 4 RAM adresi içeren 1152 LUT4 ve 864 FF (Flip-Flop) içerir. Bu küçük FPGA kartındaki blok SRAM 72K’dır, böylece verileri saklamak için 72kbit’e sahipsiniz.
• Ne yazık ki, boyut sınırlamaları nedeniyle, bu kart DSP modülü içermez, bu da bu kart temelinde karmaşık hesaplamalar yapamayacağınız anlamına gelir.
• Bu kart 34 I/O PIN’i, güç kaynağı ve kod indirmek için USB Type-C arayüzü, FPGA kartında JTAG indirgici içerir, böylece dışarıda ekstra bir indirgici olmadan sadece bir USB kablosu ile karta bağlanarak kodu indirebilirsiniz.
• En iyi özelliklerinden biri, bu kartın 40 Pin FPC LCD taşıyıcısına sahip olmasıdır, bu da 40 PIN RGB LCD Ekranın kartta kullanılabileceği anlamına gelir!
  • 5 inç 800*480 ekran, bu FPGA kartı ile özellikle uyumludur, kartla daha iyi bir deneyim için bunları bir paket halinde satın almanızı öneririz!

Özet

FPGA’ların programlanabilir doğası sayesinde ne kadar çok yönlü oldukları, birçok kullanıcıya, hobi sahipleri ve yaratıcılar dahil olmak üzere birçok uygulama ve kullanım alanı sunar. Projeniz için hangi FPGA geliştirme kartlarını alacağınıza henüz karar vermediniz mi? Proje ihtiyaçlarınızı karşılamıyorsa, diğer FPGA ürünlerimize buradan göz atabilirsiniz!