عنوان پروژه: بررسي FPGA و كاربردهاي آن
قالب فایل: WORD
تعداد صفحات: 58 صفحه

فهرست مطالب:

مقدمه

ساختار كلي   FPGA

مقايسه FPGA با MPGA

مراحل پياده سازي يك طرح بر روي FPGA

انواع متفاوت معماري هاي FPGA

معيارهاي اساسي انتخاب واستفاده ازFPGA

تكنولوژي هاي مختلف برنامه ريزي

استفاده از S RAM

استفاده از Anti_Fuse

استفاده از تكنولوژي هاي گيت شناور( E EPROM, EPROM  )

معماري بلوكهاي منطقي

اثر معماري بلوكهاي منطقي بر كارايي FPGA

معماري اتصالات قابل برنامه ريزي

تراشه هاي قابل بر نامه ريزي CPLD

مقايسه FPGA ها و CPLD ها

انواع PLD ها

مقايسه معماري CPLD ها و FPGA ها

مقايسه CPLD ها و FPGA از نظر اتصالات داخلي

بهره برداري از گيت هاي منطقي

تكنولوژي ساخت تراشه

زبان توصيف سخت افزاري AHDL

نمادها

اسامي در AHDL

گروهها

محدوده و زير محدوده گروهها

عبارات بولي

عملگرهاي منطقي

عملگرهاي حسابي

مقايسه گرها

حق تقدم در عملگرهاي بولي و مقايسه گرها

گيتهاي استاندارد(ساده)

بافر TRI

ماكروفانكشن ها

پورتها

نگاهي گذرا به VHDL

ويژگيهاي زبان VHDL

دستورات زبان VHDL

مراحل پياده‌سازي برنامه‌هاي  VHDL در FPGA

* در مقدمه پروژه چنین می خوانیم:

امروزه  با پيشرفت در زمينه ساخت قطعات قابل برنامه ريزي در روشهاي طراحي  سخت افزار تكنولوژي V LSIجايگزين SSI شده است.رشد سريع الكترونيك سبب شده است تا امكان طراحي با مدارهاي مجتمعي فراهم شود كه درآنها استفاده از قابليت مدار مجتمع با تراكم بالا و كاربرد خاص نسبت به ساير كاربردهاي ان اهميت بيشتري دارد. از اينرواخيرا مدارهاي مجتمع با كاربرد خاص(  Integrated Circuit (Application  Specific به عنوان راه حل مناسبي مورد توجه قرار گرفته است(ASIC) وروشهاي متنوعي در توليداين تراشه ها پديدآمده است.در يك جمع بندي كلي مزاياي طراحي به روش A SIC عبارت است از :

اولين تراشه قابل برنامه ريزي كه به بازار عرضه شد ، حافظه هاي فقط خواندني برنامه پذير PROM)) بود كه خطوط آدرس به عنوان ورودي وخطوط داده به عنوان خروجي اين تراشه ها تلقي مي شد. PROM شامل  دسته اي از گيتهاي  AND ثابت شده(غير قابل برنامه ريزي ) كه به صورت رمز گشا بسته شده اند و نيز يك ارايه O R قابل برنامه ريزي  است.

از آنجايي كه PROM داراي قابليت هاي لازم براي پياده سازي مدارهاي منطقي نمي باشد، از اين تراشه ها بيشتر به عنوان حافظه هاي قابل برنامه ريزي استفاده مي شود.

اين قطعات داراي دو آرايه قابل برنامه  ريزي AND,OR هستند .در سال 1920 Philips, ساختار PLA  را به بازار عرضه كرد كه دواشكال ان  هزينه گران ساخت ان وسرعت كم آن بود.

شركت Memories   Monolitic  براي پوشش دادن اشكالات PLA ساختار آرايه قابل  برنامه ريزي منطقي PAL را به بازار عرضه كرد. PAL شامل  يك آرايه AND قابل برنامه ريزي و يك OR تثبيت شده است.

PALهاي استاندارد،آرايشهاي متفاوتي دارند كه هر يك از آنها توسط عددي يكتا مشخص مي شوند.اين عدد هميشه  با پيشوند PAL  شروع مي- شود .دو رقم بعدازPAL , تعداد وروديها را نشان مي دهد كه شامل خروجيهايي است كه به صورت ورودي به كار روند.حرف بعد از تعداد وروديها نوع خروجي را نشان مي دهد:

L  يعني فعال پايين,  H  يعني فعال بالا و  P يعني قابل برنامه ريزي .

يك يا دو عد د بعدي كه بعد از نوع خروجي قرار مي گيرد،تعداد خروجيهاست. به عنوان مثال PAL10L8  داراي 10 ورودي و8 خروجي فعال پايين است.

علاوه بر اين شماره  PALمي تواند  پسوند هايي براي تعيين سرعت ،نوع بسته بندي و حوزه حرارتي داشته باشد.

بعد از PAL، يكي از تراشه هاي منطقي قابل برنامه ريزي PLD(Programable Logic Device) كه در بسياري از كاربرد ها،جايگزين مدارهاي MSI,LSI  با عنوان  آرايه عمومي منطقي GAL)) به بازار عرضه شد.

GAL(Generic Array Logic) شامل آرايه اي قابل برنامه ريزي از گيت هاي AND است كه به گيتهاي  OR متصل شده است.

درGAL به جاي فيوزاز سلولهايي از نوع CMOS كه قابل پاك شدن  به صورت الكتريكي هستند (E2CMOS) هستند استفاده شده است.

GAL آرايشهاي متنوعي  دارد  كه هر يك توسط  شماره  يكتايي مشخص مي شود.اين شماره ،همواره با پيشوند GAL آغاز ميشود دو رقم اوليه كه بعد از پيشوند GAL مي آيد تعداد وروديها را نشان مي دهند كه  خروجيها يي كه ميتوانند به عنوان ورودي نيز به كار روند را در بر دارد.حرف V كه بعد از وروديها مي ايد،خروجي متغير و يك يا دو رقم بعد از آن، تعداد خروجيها را نشان مي دهد.

به عنوان مثال GAL1 6V 8 داراي 16 ورودي و 8 خروجي متغير است.

به همراه تراشه هاي قابل برنامه ريزي ASIC قابل ماسك MPGA(Masked Programmable Gate Array) نيز شروع به رشد كرد كه به صورت ارايه أي  از ترانزيستور هاي پيش ساخته هستند و براي پياده سازي مدارهاي منطقي ، در كارخانه هاي سازنده به يكديگر متصل مي شوند.ظرفيت آنها طي ده سال ، از  حدود هزار گيت به مرز چند ده هزار گيت رسيد.

پيشرفت در ابزار هاي طراحي  و نيز تراشه هاي قابل برنا مه ريزي منجر به عرضه FPGA شد.

امروزه FPGA ها از نظر تكنولوژي در زمره بزرگترين مدارهاي مجتمع موجود در بازار هستند.مثلا محصولات Altera  از سري FLEX10K با تكنولوژي نيم ميكرون ، حدود ده ميليون ترانزيستور را در گستره أي به ابعاد  1.8cmدر 1.5 cmجاي داده اند.

گر چه اين محصولات  ظرفيتي  بيش از 300000 گيت و300 پايه I/ /O  را به كاربر عرضه مي كند ولي با اين همه هنوز از تراشه هايي چون 1 6V8  و نيز سري   74LS00استفاده فراواني به عمل مي ايد. با وجود اينكه مي توان 7000 نوع از تراشه  اخير در يك FPGA معمولي جاي داد.

بيشتر FPGA ها ي مورد استفاده ظرفيتي حدود 8000 گيت دارند .از       هاي بزرگتر براي ساخت نمونه هاي اوليه  به منظور پياده سازي نهايي  با MPGA ها استفاده مي گردد .

اين امكان نتيجه پيشرفت در نرم افزار هاي طراحي است كه ميتوانند مستقل از تراشه نهايي طراحي را انجام دهند و در نهايت طراح مي تواند تصميم بگيرد كه طرح با FPGA يا MPGA پياده سازي گردد .

به نظر مي رسد كه در آينده ، ايده FPGA همچنان قوام بيشتري به خود گرفته و با ايجاد ابزارهاي طراحي قويتر كه دستورات پيشرفته تري از  VHDL(Very Hardware Description Languages) و AHDL  (Altera Hardware  Description  Languages) را پشتيباني مي كنند، راه براي  به كار گيري هر چه بيشتر  اين گونه تراشه ها هموار گردد.طليعه اين گونه پيشرفت ها را مي توان درتراشه ها ي بسيار پيشرفته (FIPSOC (Fild ed  Programmable System On Chip مشاهده كرد.