XCVU9P-2FLGA2104I – الدوائر المتكاملة، المدمجة، FPGAs (مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة الميدانية)

مبدأ التشغيل:
تستخدم FPGAs مفهومًا مثل مصفوفة الخلايا المنطقية (LCA)، والتي تتكون داخليًا من ثلاثة أجزاء: كتلة المنطق القابلة للتكوين (CLB)، وكتلة الإدخال والإخراج (IOB) والربط الداخلي.مصفوفات البوابات القابلة للبرمجة الميدانية (FPGAs) هي أجهزة قابلة للبرمجة ذات بنية مختلفة عن الدوائر المنطقية التقليدية ومصفوفات البوابات مثل أجهزة PAL وGAL وCPLD.يتم تنفيذ منطق FPGA عن طريق تحميل خلايا الذاكرة الداخلية الثابتة بالبيانات المبرمجة، وتحدد القيم المخزنة في خلايا الذاكرة الوظيفة المنطقية للخلايا المنطقية وطريقة اتصال الوحدات ببعضها البعض أو بوحدة I/ يا.تحدد القيم المخزنة في خلايا الذاكرة الوظيفة المنطقية للخلايا المنطقية وطريقة ربط الوحدات ببعضها البعض أو بمنافذ الإدخال/الإخراج، وفي النهاية الوظائف التي يمكن تنفيذها في FPGA، والتي تتيح برمجة غير محدودة .

تصميم الشريحة:
بالمقارنة مع الأنواع الأخرى من تصميم الرقائق، عادة ما تكون هناك حاجة إلى عتبة أعلى وتدفق تصميم أساسي أكثر صرامة فيما يتعلق برقائق FPGA.على وجه الخصوص، يجب أن يكون التصميم مرتبطًا بشكل وثيق بمخطط FPGA، والذي يسمح بنطاق أكبر من تصميم الرقائق الخاصة.باستخدام Matlab وخوارزميات التصميم الخاصة في لغة C، يجب أن يكون من الممكن تحقيق تحول سلس في جميع الاتجاهات وبالتالي التأكد من أنه يتماشى مع التفكير السائد الحالي في تصميم الرقائق.إذا كان هذا هو الحال، فمن الضروري عادةً التركيز على التكامل المنظم للمكونات ولغة التصميم المقابلة لضمان تصميم شريحة قابل للاستخدام والقراءة.يتيح استخدام FPGAs تصحيح أخطاء اللوحة ومحاكاة التعليمات البرمجية وعمليات التصميم الأخرى ذات الصلة لضمان كتابة التعليمات البرمجية الحالية بطريقة وأن حل التصميم يلبي متطلبات التصميم المحددة.بالإضافة إلى ذلك، ينبغي إعطاء الأولوية لخوارزميات التصميم من أجل تحسين تصميم المشروع وفعالية تشغيل الشريحة.كمصمم، فإن الخطوة الأولى هي بناء وحدة خوارزمية محددة يرتبط بها رمز الشريحة.وذلك لأن التعليمات البرمجية المصممة مسبقًا تساعد على ضمان موثوقية الخوارزمية وتحسين التصميم العام للرقاقة بشكل كبير.من خلال تصحيح الأخطاء واختبار المحاكاة بالكامل، يجب أن يكون من الممكن تقليل وقت الدورة المستهلكة في تصميم الشريحة بأكملها في المصدر وتحسين الهيكل العام للأجهزة الموجودة.غالبًا ما يتم استخدام نموذج تصميم المنتج الجديد هذا، على سبيل المثال، عند تطوير واجهات الأجهزة غير القياسية.

التحدي الرئيسي في تصميم FPGA هو التعرف على نظام الأجهزة وموارده الداخلية، للتأكد من أن لغة التصميم تمكن التنسيق الفعال للمكونات وتحسين إمكانية قراءة البرنامج واستخدامه.وهذا أيضًا يفرض متطلبات عالية على المصمم، الذي يحتاج إلى اكتساب الخبرة في مشاريع متعددة لتلبية المتطلبات.

 يحتاج تصميم الخوارزمية إلى التركيز على المعقولية لضمان الانتهاء النهائي للمشروع، واقتراح حل للمشكلة بناءً على الوضع الفعلي للمشروع، وتحسين كفاءة تشغيل FPGA.بعد تحديد الخوارزمية، يجب بناء الوحدة بشكل معقول، لتسهيل تصميم التعليمات البرمجية لاحقًا.يمكن استخدام التعليمات البرمجية المصممة مسبقًا في تصميم التعليمات البرمجية لتحسين الكفاءة والموثوقية.على عكس ASICs، تتمتع FPGAs بدورة تطوير أقصر ويمكن دمجها مع متطلبات التصميم لتغيير هيكل الأجهزة، مما يمكن أن يساعد الشركات على إطلاق منتجات جديدة بسرعة وتلبية احتياجات تطوير الواجهة غير القياسية عندما لا تكون بروتوكولات الاتصال ناضجة.