FPGAs

FPGAs
Was sind FPGAs?
FPGA steht für "Field Programmable Gate Array" (anwenderprogrammierbares Gate-Array). Es sind kleine Halbleiter-Logikchips, die als integrierte Schaltkreise oder kurz IC (Integrated Circuits) bezeichnet werden. FPGAs werden aus einer Basislogikzelle aufgebaut, die hunderte Male dupliziert wird.
Woraus bestehen sie?
Sie bestehen aus einem konfigurierbaren Logikblock, einer programmierbaren Schaltmatrix, E/A-Blöcken und Verbindungen.
Konfigurierbarer Logikblock
Ein konfigurierbarer Logikblock (auch CLB = Configurable Logic Block) besteht aus Lookup-Tabellen (LUTs), Flipflops und Multiplexern. Sie dienen der Implementierung komplexer Designfunktionen und zum Synchronisieren des Codes auf dem FPGA.
Programmierbare Schaltmatrix
Eine programmierbare Schaltmatrix (PSM) wird zur Steuerung der Verbindungen zwischen den konfigurierbaren Logikblöcken und den Eingangs-/Ausgangsblöcken verwendet. Die programmierbare Schaltmatrix verbindet jeden Block entsprechend dem Programmcode und verfügt über Schaltelemente mit sechs Durchgangstransistoren.
E/A-Blöcke
E/A-Blöcke sind Stifte, die als Eingangsstifte, Ausgangsstifte oder beides programmiert werden können.
Verbindungen
Verbindungen transportieren Signale über Drähte, um Ein- und Ausgänge an logische Blöcke anzuschließen.
Merkmale und Vorteile
Die FPGA-Funktionalität kann bei jedem Einschalten des Geräts problemlos entwickelt werden. Entwurfsingenieure können Änderungen ermöglichen, indem sie neue Softwarekonfigurationsdateien in das Gerät laden und die Änderungen testen.
Wodurch unterscheiden sich FPGAs von CPLDs?
CPLD steht für „Complex Programmable Logic Device“ (komplexes programmierbares Logikgerät). Diese werden zur Implementierung komplexer Kombinations- oder sequentieller Schaltungen eingesetzt. Sie bestehen aus logischen Array-Blöcken, programmierbaren Verbindungen und E/A-Blöcken.
FPGA-Anwendungen
Sie werden in vielen Anwendungen eingesetzt, z. B. in Radarsystemen, militärischer Hardware, medizinischen Geräten und Telekommunikationstechnologie. Aufgrund ihrer Neuprogrammierbarkeit sind FPGAs für eine Reihe von Lösungen geeignet. Abhängig von der Anzahl der enthaltenen Logikblöcke, können sie einen beliebigen digitalen Stromkreis bilden. Techniker verwenden FPGAs häufig in der Prototypenentwicklung und in speziellen integrierten Schaltungen (ICs).