alt-wr-01

آموزش FPGA-جلسه دوم-تاریخچه FPGA و سیستم های دیجیتال

آموزش FPGA-جلسه دوم-تاریخچه FPGA و سیستم های دیجیتال

کاربرد میکروپروسسورها در FPGA

       شکل 1-2: FPGA ها با ساختار  SOPC.

P2-SOC

 شکل 1-3: FPGA ها با ساختار  SOC.

دومین جلسه  از مجموعه آموزش FPGA را با هدف بررسی تاریخچه سیستم های دیجیتال به ویژه تاریخچه FPGA ادامه می دهیم. همان گونه که در جلسه اول آموزش FPGA گفته شد، از سال 2005 به بعد، ایده طراحی سیستم ­های تعبیه شده(ٍEmbedded System) به صورت قابل توجهی تغییر کرد و این امکان به وجود آمد تا طراحی از سطح گیت و HDL به طراحی در سطح سیستم برسد. همین جهش تکنولوژی عامل اصلی ایجاد پروسسورهای سی و دو بیتی نرم ­افزاری  NIOSII توسط شرکت ALTERA و MicroBlaze توسط شرکت XILINX شد. Altera و Xilinx دو شرکت  بزرگ تولید کننده FPGA در سطح دنیا هستند.  در حال حاضر، توسعه نرم­ افزاری و ایجاد تکنولوژی­ هایی مانند SOPC و یا SOC که به ترتیب  این لغات اختصار واژه های  (System on a Programmable Chip)  و (System on Chip) هستند. این سیستم ها این امکان را در اختیار کاربر قرار می­­ دهند تا کاربر بتواند با زبان­ های سطح بالا مانند C، جاوا (JAVA) و یا برمبنای سیستم عامل ­هایی مانند Linux، میکرو C برای FPGA ها برنامه ­ریزی کنند. در شکل های 1-2  و 1-3 این ساختار های جدید  نشان داده شده است. شکل 1-2 نمایی کلی از یک تکنولوژی SOPC را نشان داده است.

شعار اصلی این تکنولوژی، طراحی یک سیستم در مدت زمان چند دقیقه است و از ویژگی­ های منحصربه­ فرد آن می ­توان به طراحی نسبتا آسان و سریع اشاره کرد. کاربر در این سیستم قادر خواهد بود در مدت زمان اندکی واحدهای مختلفی همچون USB، PIO،SDRAM،FIFO و … براحتی در کنار هم قرار داده و سیستم مورد نیاز خود را طراحی نماید. شکل 1-2 ، نمایی از درون یک سیستم با تکنولوژی SOPC را نشان داده است. آن چیزی که در این سیستم بسیار مهم است باس(BUS) هوشمندی تحت عنوان باس  Avalon می ­باشد. این باس، این قدرت را دارد تا یک واحد هشت بیتی را به راحتی به یک واحد سی ­و دو بیتی متصل نماید و این در حالی است که در گذشته این امر با مشکلات و زحمت بسیار زیادی انجام می ­شد.

با توجه به جهش روز افزون هسته ­های ARMو قابلیت­هایی که این سیستم­ ها در اختیار کاربران خود قرار می ­دهند استفاده از این سیستم­ ها به امری مهم و اجتناب­ ناپذیر در صنعت الکترونیک تبدیل شده  است. در حقیقت، این تکنولوژی این قابلیت را به کاربران خود می­دهد تا با خرید یک آی­سی، علاوه بر داشتن تمام امکانات قبلی، از تمامی مزیت­ های ARM نیز در پروژه­ های خود استفاده نمایند. در تکنولوژی SOC، عمدتا هدف اصلی، به کارگیری  سیستم عامل بر روی آی­ سی می ­باشد که این امکان را به کاربر می ­­دهد تا از یک کامپیوتر کوچک در پروژه­ های خود بهرمند شود. همان­گونه که در شکل 1-3 نشان داده شده است، آرایه­ های منطقی برنامه پذیر مبتنی بر تکنولوژی SOC از هسته های ARM در کنار هسته ­های سی و دو بیتی خود استفاده می­ کنند. دوستان گرامی که علاقه مند می توانند ادامه مطلب را در جلسه سوم آموزش FPGA مطالعه نمایند.

منابع:

  (Springer)Rapid prototyping of digital systems

https://en.wikipedia.org/wiki/Field-programmable_gate_array

 

 

 

Di

آموزش FPGA-جلسه اول-تاریخچه FPGA و سیستم های دیجیتال

آموزش FPGA-جلسه اول-تاریخچه FPGA و سیستم های دیجیتال

Di

شکل 1-1: ساختار سیستم دیجیتال.

ّFPGAها همواره به عنوان یک ابزار ارزشمند در مجامع علمی و صنعتی مورد استفاده و توجه قرار می گیرند. با توجه به گستردگی موضوع در حوزه آموزش FPGAها و نبود یک منبع جامع و تخصصی در آموزش FPGA، شرکت نوین تراشه البرز به عنوان یک شرکت صنعتی و پیشگام در این زمینه اقدام به آموزش رایگان FPGA در قالب مطالب آموزشی نموده است. هدف اصلی بخش نشر مطالب علمی و کاربردی برای دوستان و علاقه مندان به FPGA  و طراحی دیجیتال کاربردی می باشد. برای شروع آموزش FPGA می بایست از تاریخچه سیستم های دیجیتال شروع کرد.واژه سیستم­های تعبیه شده (Embedded System) یا توکار به سیستم­هایی اطلاق می شود که از کنار هم قرار دادن اجزای کوچکتر ساخته شده ­اند. مطابق با شکل 1، در مهندسی الکترونیک و کامپیوتر منظور از سیستمهای تعبیه شده تراشه ها((Integrated circuits (ICs) و ادوات الکترونیکی مانند آرایه ­های منطقی برنامه­ پذیر(FPGA) یا (Field Programmable Gate Array) و یا تراشه های میکروبیس(Micro-base) هستند که این قابلیت را در اختیار مهندسین قرار می ­دهند تا طرح ­ها و ایده­ های خود را در کم­ترین زمان ممکن و متناسب با حجم و ابعاد کار خود بر روی آن­ها پیاده ­سازی کنند. 

همان­گونه که در شکل 1 -1 نشان داده شده، دانش الکترونیک دیجیتال با به وجود آمدن تراشه های سری TTL و CMOS جهش قابل توجهی را در اوایل دهه 1970 شاهد بود. با گسترش حجم و ابعاد کار، زمانی پیش آمد که دیگر این تراشه ها به تنهایی قادر به پاسخ­گویی نیاز بازار مصرف نبودند بردها و مدارات چاپی در آن زمان از حجم و ابعاد بزرگی برخوردار بوده و تراشه ها استفاده شده در آن­ها با محدودیت­ های بسیاری روبرو بودند. محدودیت­های موجود و نیاز بازار مصرف سبب شد که تکنولوژی موسوم به آرایه­ های منطقی برنامه ­پذیر (FPGA) پا به عرصه وجود بگذارند. هدف اصلی این تکنولوژی پوشش نقاط ضعف تکنولوژی قبل و کاهش حجم مدارات طراحی شده در آن زمان بود. نقطه قوت این تکنولوژی جدید طراحی نسبتا آسان در مدت زمان کم بود ولی از آنجا که این سیستم­ها با هدف طراحی سخت­ افزار توسط زبان­ های سخت افزاری((Hardware Design Languages (HDLs)) مانند VHDL  یا(Very High Speed Hardware Design Language)و Verilog و یا (Verification of Digital Circuits at the Register-Transfer Level ) ایجاد شده بودند لذا، ابزاری مناسب جهت پیاده­ سازی الگوریتم­ های نرم ­افزاری محسوب نمی­ شدند، ولی این بدین معنا نبود که این ادوات قابلیت پشتیبانی برای پیاده ­سازی الگوریتم را ندارند. از سال 2005 به بعد، ایده طراحی سیستم­های تعبیه شده به صورت قابل توجهی تغییر کرد و این امکان به وجود آمد تا طراحی از سطح گیت و HDL به طراحی در سطح سیستم برسد. لطفا ادامه مطلب را در بخش آموزش FPGA-جلسه دوم مطالعه فرمایید.

max 10

معرفی MAX 10 FPGAs

در این مقاله قصد معرفی سری جدید خانواده MAX شرکت ALTERA را داریم.

شرکت ALTERA با معرفی FPGA های MAX 10 انقلابی در پردازنده های با حافظه غیر فرار با ارائه قابلیت های پردازش پیشرفته با قیمت کم ،سرعت زیاد، طراحی حافظه قابل برنامه ریزی در ابعاد بسیار کوچک را شروع کرده است.
این سری به سادگی با نسخه های جدید QUARTUS II قابل برنامه ریزی و آنالیز زمانی می باشند.
FPGA های سری MAX 10 بر روی TSMC’s 55 nm embedded flash technology ساخته شده اند که اجازه پیکره بندی سریع را می دهند ،بنابراین کاربر می تواند خیلی سریع زمان روشن شدن و یا آماده سازی ادوات و قسمت های دیگر را کنترل کند.

این قطعات تمام ویژگی های FPGA ها را شامل می شوند، قابلیت هایی از قبیل : پردازش سیگنال ، قابلیت های آنالوگ ، پشتیبانی از پرسسور NIOS II و Memory Controller ها.
FPGA های MAX 10 بهینه سازی شده اند برای طیف وسیعی از کاربرد هایی که به قیمت و هزینه حساس اند که شامل موارد زیر می باشند:

خودرو

  • ساخته شده بروی TSMC’s 55nm embedded flash که پاسخگوی نیاز طراحی ایمن و دقیق برای صنعت خودرو می باشد.
  • حافظه مجتمع رفتار سریع را برای کاربرد هایی که نیاز به زمان boot سریع دارند از قبیل “دوربین دید از عقب در سیستم های پیشرفته کمک کننده به راننده” را فراهم می کند.
  • شتاب پردازش سیگنال برای برخی کاربرد ها در وسایل حمل و نقل الکتریکی از قبیل کنترل موتور، مدیریت باطری و تبدیل توان

صنعت

  • کاهش قطعات، افزایش امنیت و قابلیت اطمینان طراحی، در حالی که هزینه سیستم کاهش می یابد.
  • حس کردن شرایط  محیطی به صورت دقیق و تاثیر real-time برای کنترل موتور،I/O ماژول ها و کاربرد های IoT*
  • یک چیپ به تنهایی از چندین پروتکل صنعتی اترنت و ارتباط ماشین به ماشین (M2M)  می تواند پشتیبانی  کند.

مخابرات

  • قابلیت های آنالوگ برای سنجش محیط اجازه ترکیب و مجتمع سازی قدرت زیاد و سیستم مانیتورینگ مدار را در یک چیپ فراهم می آورد.
  • تعداد زیاد I/O و مدیریت سیستم بر پایه نرم افزار با استفاده از Soft پرسسور NIOS II توانایی مدیریت برد را در یک چیپ کنترل کننده پیشرفته و قابل اطمینان را  فراهم می سازد.


* Iot مخفف internet of things می باشد. به طور کلی اشاره دارد به بسیاری از اشیا و وسایل محیط پیرامون‌مان که به شبکه اینترنت متصل شده و بتوان توسط اپلیکیشن‌های موجود در تلفن‌های هوشمند و تبلت کنترل و مدیریت شوند.