Bu makalede, FPGA’lar hakkında konuşacağım ve bunlarla birlikte tasarımcıların çeşitli elektronik projeler için belirli ve benzersiz donanımlar geliştirmelerini, tüm rakiplerinin kullandığı aynı uygulama spesifik standart ürün (ASSP) ile karşılaşmadan nasıl gerçekleştirdiklerini ele alacağım.
FPGA Nedir
FPGA’lar (field-programmable gate array’in kısaltması) tasarımcıların ve geliştiricilerin sahada özelleştirilmiş dijital mantığı programlamalarına olanak tanıyan entegre devrelerdir – detaylar açıklanacaktır. FPGA’lar 1980’lerden beri var ve başlangıçta tüm geliştiricilere ve tasarımcılara yüksek maliyetler uygulamadan özel mantık oluşturma yeteneği vermek için planlanmışlardır. FPGA’lar, cihazın içindeki elektriksel işlevselliğin büyük bir kısmının değiştirilebildiği yarı iletken entegre devrelerdir; tasarım mühendisi tarafından değiştirilmiş, PCB montaj sürecinde iyileştirilmiş veya hatta ekipmanın müşterilere gönderildikten sonra geri alınmış olabilir. Diğer bir deyişle, bir FPGA, işlevin üretimden sonra bile tanımlanıp değiştirilebileceği bir yarı iletken cihazdır. Bu bağlamda, bir FPGA, ürün özelliklerini ve işlevlerini önceliklendirme, yeni standartlara uyum sağlama ve ürün sahada kurulduktan sonra belirli uygulamalar ve projeler için donanımı yeniden yapılandırma imkanı sunar – bu nedenle “sahada programlanabilir” terimi kullanılır. Ve, kapı dizileri (GA’lar) – iki boyutlu diziler – önceden üretilmiş silikon yongalardır ve çoğu bileşenin önceden belirlenmiş işlevleri yoktur, metal katmanlar ile bağlanarak tanınmış NAND veya NOR mantık kapıları oluşturabilirler. Bu mantık kapıları daha sonra elektronik projenin gereksinimlerine bağlı olarak karmaşık yapılar geliştirmek için tamamen birbirine bağlanabilir. Bilgisayar biliminde, NAND kapılarının evrensel olduğunu söyleyen dikkate değer bir teorem vardır; bu, herhangi bir iyi tanımlanmış işlevi yalnızca NAND kapılarını bağlayarak uygulayabileceğiniz anlamına gelir. Yani yeterince NAND kapısı inşa edebilirseniz, her şeyi hesaplayan bir cihaz inşa edebilirsiniz. Konudan biraz sapmışım. Daha az endüstriyel terimlerle, bir FPGA, tasarımlarınızda uyum sağlama imkanı sunar ve bir sistemin parçalarının nasıl çalıştığını büyük maliyetler ve gecikme riskleri olmadan dönüştürmenin bir yoludur.
FPGA Uygulamaları
FPGA’lar, birçok tür elektronik ekipmanın tasarımcılarına çeşitli avantajlar sağlar: kamera zaman ayarlamaları, uçak navigasyonu, otomotiv sürücü destek sistemleri, tıbbi ultrasonlar ve veri merkezi arama motorları. Örneğin, FPGA işlevselliği, tasarımcıların ürün işlevlerini ve özelliklerini üretimden sonra bile değiştirmelerine olanak tanır. Bu bağlamda, FPGA üzerinde ayarlamalar ve değişiklikler, maliyetli PCB değişiklikleri yapmadan gerçekleştirilebilir – diğer tasarım seçenekleri (ASSP’ler ve ASIC’ler) büyük maliyetler ve zaman olmadan değiştirilemez. Bu esneklik sayesinde, tasarımcılar, geliştirilmiş yeteneklere sahip ürünleri daha hızlı ve daha ucuz bir şekilde piyasaya sunabilirler. Ayrıca, FPGA’lar üzerinde işlemciler, 28 Gbps (veya daha hızlı) alıcı-verici I/O’ları, RAM blokları, DSP motorları ve daha fazlası bulunur. FPGA içindeki daha fazla işlev, devre kartında daha az cihaz anlamına gelir, bu da daha az cihaz arızası ile güvenilirliği artırarak maliyetleri düşürür.
Yukarıda açıklandığı gibi, FPGA’ların birçok avantajı vardır, ancak programlaması kolay mı? FPGA’ları programlamak, çoğu tasarımcının düşündüğünden çok daha kolaydır. FPGA programlama adımları, tasarımcının kendisinin oluşturmak istediği tasarım segmentlerini belirlemeyi, yüksek seviyeli veya donanım tanım dili (HDL) seçmeyi, metin editöründe kod yazmayı, tasarımı sentezlemeyi, tasarımı yerleştirip yönlendirmeyi ve ardından tasarımı FPGA’ya yüklemeyi içerir. Tasarım FPGA’ya yüklendikten sonra, işlevsellikteki hataları ve aksaklıkları düzeltmek için muhtemelen bir hata ayıklama döngüsü gerektirecektir. Bununla birlikte, bir HDL (yüksek seviyeli veya donanım tanım dili) kullanmadan, yazılım tasarımcıları artık yüksek seviyeli yazılım programlama araçları olan OpenCL gibi araçları kullanarak kodlarını derleyebilir ve FPGA tasarımı için gerekli bir donanım tanım dosyası oluşturabilirler. Daha ayrıntılı tasarımlar için, tasarımcıların hala Verilog gibi FPGA tasarımları oluşturmak için yaygın olarak kullanılan bir HDL kullanmaları gerekmektedir. Kolaylıkla, Verilog’un, C adı verilen tanınmış genel amaçlı programlama diline çok benzer bir sözdizimi vardır. FPGA programlamasında, bir sentez aracı, HDL’de programlanmış ürün tasarımını, HDL’nin tanımladığı işlevleri uygulamak için yapılandırılmış kapılar, kayıtlar ve teller ağlarına dönüştürür. Ardından, ek süreçler, FPGA’da kullanılacak belirli kapıları, kayıtları ve telleri seçer ve FPGA’nın açıldığında yapılandırılacak bir programlama dosyası oluşturur. HDL tasarımını derledikten sonra, tasarımcılar tasarımı bir simülasyon ortamında test ederek FPGA’ya uygulamadan önce kodu hata ayıklarlar.
Tasarımcıların ve geliştiricilerin FPGA’ları kullanarak temel yapıdan karmaşık yapılara kadar yüksek kaliteli son ürünler oluşturdukları birçok uygulama ve alan vardır: gelişen son pazarlar ve standartlara hızlı ve maliyet etkin bir şekilde uyum sağlama, performans gereksinimlerini karşılama ve artırma, esneklikleri sayesinde sistem geliştirme ve malzeme maliyetlerini düşürme.
• Mikrodenetleyiciler için Geliştirme Kartları ve Shield’lar
• Otomasyon
• Gömülü Görme
• Güneş Enerjisi
• Endüstriyel IoT
• Kriptografi
• Bilgisayar Donanım Emülasyonu
• Havacılık ve Savunma
• Bilimsel Aletler
• Video & Görüntü İşleme
• Kablosuz İletişim
• Yayıncılık
• Veri Madenciliği
Diğer bir deyişle, belirtilen alanlarda ve uygulamalarda ve daha fazlasında, ortaya çıkan standartlara veya endüstrinin değişen gereksinimlerine uyum sağlamak için özelleştirilebilen ve geliştirilebilen son teknoloji cihazlar oluşturabilirsiniz. Eğer FPGA’lar içeren cihazlar tasarlamada acemiyseniz, örneğin elektronik projeleriniz için dikkat çekici bir geliştirme kartı inşa etmenin, milyonlarca mantık kapısı ve devasa bağlantılarla uğraşmanız gerektiği anlamına geldiğini düşünebilirsiniz. Ancak endişelenmeyin, FPGA tasarımcıları, saat jeneratörleri, dinamik rastgele erişim bellek (DRAM) denetleyicileri, çevresel bileşenler için hızlı bağlantı denetleyicileri (PCI) ve hatta tam çok çekirdekli mikroişlemciler gibi yaygın olarak ihtiyaç duyulan bileşenleri ekleme konusunda büyük bir yükü üstlenmişlerdir: bu nedenle tek yapmanız gereken projenize özgü işlevleri özelleştirmeye odaklanmaktır.
Sonuç olarak, FPGA’lar, tasarımcıların gelecekteki yenilikleri geliştirmelerine olanak tanıyan esnek, ucuz ve uyumlu donanımlar oluşturma yeteneği sunmaktadır; bu, üretimden sonra elektriksel işlevselliği değiştirilemeyen yaygın devre tasarımlarını kullanmak zorunda kalmadan gerçekleşmektedir.
Seeed Fusion Hakkında
Seeed Fusion, her bütçeye uygun, uygun fiyatlı ancak profesyonel PCB üretimi ve tam anahtar teslim PCB Montaj hizmetleri sunmaktadır. 10 yılı aşkın bir süredir tam ölçekli kağıttan ürüne üretim, dünya çapında tedarik ve tedarik zinciri yönetimi konularında deneyime sahip olan Seeed Fusion, tasarımınızı hayata geçirme sürecini kolaylaştırmaktadır. Seeed Fusion PCBA hizmeti, DigiKey ve Mouser gibi firmalardan canlı fiyatlar alarak anında çevrimiçi teklif sunan eşsiz bir platform sunmaktadır; sadece formatlanmış BOM dosyasını yükleyerek birkaç saniye içinde tam bir teklif alabilirsiniz. Ayrıca, tüm parçaları 150.000’den fazla yerel parçanın bulunduğu Açık Parça Kütüphanelerinden (OPL) seçerek, PCBA üretim süresini sadece 7 iş günü ile sınırlayabilirsiniz. Hizmet ayrıca, Seeed’in kendi elektronik mühendislerinin, projenizi etkileyebilecek maliyetli tuzaklardan kaçınmanıza yardımcı olmak için uzmanlık sağladığı imza niteliğindeki Montaj için Tasarım (DFA) incelemesi gibi katma değerli hizmetler ve seçeneklerle doludur. Şimdi anında çevrimiçi teklif alın.