Hãy tưởng tượng. bạn muốn tạo ra một mạch điện tử tùy chỉnh cho dự án của bạn, nhưng lại làm hỏng thiết kế. bạn có thể yêu cầu các mạch tích hợp mới, nhưng nó đặc biệt và không hữu dụng. Tuy nhiên, FPGA cung cấp cho bạn tùy chọn tùy chỉnh này, vì vậy ngay cả khi bạn có lỗi trong quá trình thiết kế, bạn sẽ không có vấn đề. Để lập trình lại thiết bị, bạn có thể viết lại các mã bằng ngôn ngữ mô tả phần cứng (HDL). vậy, bảng fpga là gì, và làm thế nào để chọn nó? Đọc tiếp để biết thêm thông tin.
nội dung
bảng fpga là gì?
Tại sao dùng FPGA?
các ứng dụng bo mạch fpga
làm thế nào để chọn bảng fpga?
loại fpga nào tốt nhất?
để thiết kế bảng fpga của riêng bạn
ai là người tạo ra bảng fpga của bạn
bảng fpga là gì?
các cửa sổ logic là một phần cơ bản của các mạch điện tử, tạo nên tất cả các mạch tích hợp. Một mảng cửa sổ có sẵn tại (FPGA) là một mạch tích hợp cung cấp cho người thiết kế hoặc khách hàng sự linh hoạt cấu hình sau khi sản xuất.
nó bao gồm một ma trận mô-đun lô-gic có thể được lập trình và một cấu trúc phân cấp có thể được cấu hình lại cho các mô-đun.
Kiến trúc FPGA
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
Với thiết kế này, bạn có thể sử dụng ô đó như một cửa lô-gic đơn giản hoặc được lập trình để thực hiện các chức năng phức tạp (chức năng lô-gic và kết hợp).
logic mảng cửa
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
một số có các ô logic, có thể là một khối bộ nhớ đầy đủ hoặc một loại kích hoạt đơn giản.
nói một cách đơn giản, fpga là một chip tổng quát có thể được sử dụng để thực hiện bất kỳ chức năng số nào.
Tại sao dùng FPGA?
so với các bộ vi điều khiển, việc sử dụng fpga khó khăn hơn và tiêu thụ nhiều điện hơn do các tính toán phức tạp. tuy nhiên, nó có một vài lợi thế. bao gồm:
sự linh hoạt
có thể nói, lợi thế đáng chú ý nhất của fpga là sự linh hoạt của nó. Bởi vì bạn có thể định cấu hình lại khả năng tính toán của chúng, bạn có thể thay đổi và lập trình lại ô đó để chạy các chức năng logic khác nhau.
Do vậy, bạn có thể thực hiện những thay đổi đối với các mạch trong một dự án mà không cần phải đơn hàng phần cứng mới như các mạch tích hợp đặc biệt (ASIC). nói chung, bạn sẽ phải chịu chi phí dự án thấp hơn.
Hiệu năng và hiệu quả
FPGA có khả năng tăng tốc và cài đặt CPU để tăng cường hiệu năng hệ thống. ngoài ra, chúng có khả năng thực hiện song song, cho phép xử lý hoặc kiểm soát nhiều kênh thông tin đầu vào cùng một lúc.
thiết kế này cũng làm cho thiết bị tiết kiệm năng lượng hơn. Không giống như mất thời gian và nỗ lực đợi cho việc truyền dữ liệu, dữ liệu chỉ được xử lý khi các giá trị được cập nhật hoặc thay đổi.
với các bộ phận điện tử
bảo mật
Do tính linh hoạt của nó, FPGA ít có nguy cơ bị cấu hình độc hại trong quá trình lập trình hoặc sản xuất. Quan trọng nhất, hầu hết các nhà cung cấp cung cấp các giải pháp bảo mật khác nhau cho các thiết bị như mã hóa luồng bits và xác nhận.
thời gian ra mắt
Tiết kiệm thời gian là rất quan trọng trong quá trình phát triển sản phẩm, và thiết kế có thể lập trình lại của FPGA làm cho nó trở thành một tấm nguyên mẫu lý tưởng. xử lý song song cho phép bạn chạy các bước phát triển cùng một lúc hoặc thay đổi/ nâng cấp chương trình khi cần thiết.
ẩn nấp
xử lý song song cung cấp độ trễ rất thấp khoảng 1 microsecond cho fpga. So sánh với thời gian CPU khoảng 50 microsecond, đó là một sự khác biệt đáng kể.
khả năng kết nối
Bạn có thể kết nối nhiều đầu vào trực tiếp vào bảng mạch trong khi vẫn giữ tốc độ truyền dữ liệu cao hoặc không làm giảm hiệu suất đáng kể.
Khung FPGAs
các ứng dụng bo mạch fpga
tiến trình song song
xử lý tín hiệu số (dsp)
sản phẩm điện tử tiêu dùng
các hệ thống bảo mật (mã hóa, mạng và bảo mật đám mây). ♫
Internet of Things
hàng không vũ trụ và quốc phòng
máy bay chiến đấu
các thiết bị khoa học
công nghệ khai thác dữ liệu
năng lượng mặt trời
mô phỏng phần cứng máy tính
hình ảnh nhúng
làm thế nào để chọn bảng fpga?
chọn bảng fpga không phải là dễ dàng, vì bạn phải xem xét các tính năng và chức năng của thiết bị. chúng tôi sẽ xem xét chi tiết các nội dung này để đơn giản hóa quá trình chọn lựa. đây là những câu hỏi bạn cần cân nhắc.
các thiết bị ngoại vi
Các thiết bị ngoại vi của bo mạch là các cấu phần phụ giúp truyền thông tin vào hoặc từ các thiết bị FPGA.
Không giống như các bộ vi điều khiển, các thiết bị này không có câu lệnh in hay điểm ngắt, do đó giải quyết các vấn đề là khó khăn.
Do vậy, điều này có ý nghĩa nếu thiết bị này có các chức năng như đèn LED người dùng, màn hình ký tự LCD, công tắc bật, v. v… để gửi tín hiệu và trạng thái đăng ký. các nút cũng thuận tiện khi nhập thông tin.
màn hình lcd và đèn led trên bo mạch fpga
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
Tuy nhiên, các dự án của các nhà phát triển nâng cao đòi hỏi các thiết bị ngoại vi cao cấp như PCI Express, Gigabit Ethernet, USB 2.0 và 3.0, v. v..
các đầu nối và các cổng nhập/ xuất mở rộng
Mặc dù các thiết bị ngoại vi là quan trọng đối với các thiết bị FPGA, nhưng các đầu nối mở rộng và cổng I/O cung cấp nhiều khả năng hơn. Ví dụ, các đầu nối VGA có thể giúp hiển thị đầu ra trên màn hình lớn.
FPGA được kết nối với màn hình qua một cáp VGA được kết nối với cổng VGA
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
Các cổng tốc độ cao như HDMI, DisplayPort, SATA, và các đầu nối Ethernet rất khó để thêm vào bo mạch chủ, nhưng chúng rất phù hợp với các ứng dụng tùy chỉnh riêng.
Nếu bạn chọn rất ít các thiết bị ngoại vi cho bo mạch chủ, hãy chắc chắn rằng nó có nhiều đầu nối để mở rộng khả năng nhập/ xuất cho các thiết bị bên ngoài.
các giao diện bộ nhớ trên bo mạch
Các bo mạch FPGA có một số tùy chọn bộ nhớ bao gồm cả SRAM và SDRAM. Tùy thuộc vào yêu cầu của dự án, bạn có thể cần bộ nhớ DDR2, DDR3, DDR4 hoặc LPDDR.
Bộ nhớ LPDDR
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
bộ nhớ flash spi cũng quan trọng vì bạn cần lưu trữ không đổi để lưu trữ luồng bits cấu hình để khởi động thiết bị. dung lượng của bộ nhớ flash và số bit trên đồng hồ là các biến quan trọng ở đây, chúng càng cao càng tốt.
số bit mỗi giờ là đặc biệt quan trọng bởi vì nó ảnh hưởng đến tốc độ truyền dữ liệu. SPI 2 kênh (hai bit trên mỗi đồng hồ) là đủ, nhưng bốn kênh là tốt hơn.
Số đếm tài nguyên
số lượng tài nguyên là số lượng các cấu phần logic có thể được lập trình trên thiết bị. Chúng bao gồm các khối RAM, DSP, các khối I/ O, LUT, v. v.. các thiết bị cao cấp hơn có thể có các hạt nhân video và âm thanh. Hãy cân nhắc những điều này vì chúng quyết định loại dự án bạn có thể làm với bo mạch chủ của bạn.
Dễ sử dụng
khả năng sử dụng là một yếu tố quan trọng cần được xem xét, đặc biệt nếu bạn là người mới bắt đầu. Những người sử dụng FPGA chuyên nghiệp cũng tránh được các bảng mạch phức tạp, vì vậy hãy chọn các thiết bị dễ dàng sử dụng.
Tài liệu và Tiện Ích
tài liệu chi tiết là một trong những điều khiển cho việc sử dụng các bo mạch fpga. Nó nên bao gồm hướng dẫn người dùng, tệp ràng buộc, hướng dẫn tham chiếu, sơ đồ, mã mẫu, mô hình 3 chiều, thiết kế tham chiếu, v. v..
Các công cụ lập trình, phần mềm quản lý hệ thống và các tiện ích khác cũng nên dễ dàng sử dụng và sẵn sàng để kiểm tra các thuộc tính của bo mạch tùy chỉnh.
cấu hình lại fpga
thời gian ra mắt
hai yếu tố ảnh hưởng đến thời gian thị trường. đầu tiên là các bo mạch chủ có các đặc tính cần thiết cho các dự án của khách hàng.
Mỗi tấm bảng là duy nhất. đáp ứng các yêu cầu phát triển và sản xuất có nghĩa là khách hàng có thể
ngay sau khi bạn có được thiết bị, hãy bắt đầu với firmware, phần mềm và thiết kế RTL.
yếu tố thứ hai là thời gian phát triển phần mềm, phần mềm và rtl. Các công cụ thiết kế và SDK giúp đơn giản hóa quá trình phát triển dự án, cho phép bạn có nhiều thời gian hơn để tập trung vào các khía cạnh khác của dự án.
tùy chọn tùy chỉnh
thay đổi bảng mạch không hề dễ dàng. vì hầu hết các khách hàng không có nhóm thiết kế phần cứng, sẽ rất tiện lợi để có các tùy chọn tùy chỉnh nhẹ nhàng từ các nhà cung cấp với giá cả phải chăng.
Những thay đổi này bao gồm thay đổi điện áp bộ nhớ, sử dụng các thiết bị tương thích với các chân khác nhau trên thiết bị, thay đổi mức độ tốc độ, v. v…
hỗ trợ
Hỗ trợ khách hàng là rất quan trọng, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ, vì bất cứ điều gì có thể sai sót.
Các sự cố của việc lập trình bo mạch, cài đặt trình điều khiển, thiết kế RTL, hoặc các thiết lập có thể xuất hiện và có thể không có các giải pháp trong tài liệu này. lựa chọn duy nhất là liên lạc với đội hỗ trợ để giải quyết vấn đề càng sớm càng tốt.
giá
và cuối cùng, có một yếu tố chi phí. Bảng FPGA có thể rất đắt, vì vậy bạn nên mua một đơn vị phù hợp với ngân sách của bạn, và nếu bạn đốt một chân sau khi kết nối sai, nó sẽ không cảm thấy như là một mất mát lớn.
loại fpga nào tốt nhất?
có rất nhiều tùy chọn fpga trên thị trường và đây là lựa chọn tốt nhất.
Xilinx, Sparta-7
Xilinx Spartan-7 nằm trong danh mục sản phẩm tối ưu hóa chi phí, là một FPGA giá cả phải chăng, nhưng vẫn có các tính năng cơ bản của bất kỳ dự án nào. bao gồm một bộ chuyển đổi số học q và một số các đặc điểm an toàn chuyên dụng.
Thiết bị này cũng có một bộ điều khiển bộ nhớ mềm, linh hoạt với băng thông tối đa lên đến 25,6GB/s trên DDR3-800 RAM.
Xilinx FPGA
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
Hiệu suất cao nhất cũng gần như được đảm bảo. Tốc độ của bo mạch này tăng 30% so với các thiết bị thế hệ 45nm, LVDS lên đến 1,25GB/s.
Số Basys 3
Basys 3 được gọi là bộ huấn luyện lý tưởng cho người dùng bắt đầu, với 33.280 đơn vị logic được sắp xếp trong 52 lát. Mỗi mảnh chứa tám kích hoạt và bốn 6 đầu vào LUT, vì vậy bạn có rất nhiều để sử dụng.
Đơn vị này cũng có 1.800 Kbits RAM khối nhanh, đồng hồ nội bộ với tốc độ hơn 450 MHz và 90 bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số.
Nó có năm nút được sắp xếp trong cấu hình điều khiển trò chơi để thuận tiện sử dụng, và một đầu nối USB HID để kết nối chuột, bàn phím hoặc thanh USB (cho mục đích cấu hình).
Mặc dù bo mạch này có một màn hình 7 đoạn 4 bit, bạn có thể dùng đầu nối VGA 12 bit để hiển thị đầu ra tới màn hình lớn hơn
Altera DE2
Sự xuất hiện của Altera DE2 giúp thúc đẩy thiết kế mẫu đa phương tiện, mạng và lưu trữ. Khi sản xuất DVD, VCD và máy phát MP3, nó là sự lựa chọn hoàn hảo cho các dự án phát triển đa phương tiện.
Các tính năng như bộ giải mã TV với đầu vào TV và bộ giải mã âm thanh 24 bit với đầu vào micrô và đầu vào/ đầu ra dòng làm cho nó lý tưởng cho công việc này.
Bảng Altera DE2 FPGA
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
Nó cũng có Mb SDRAM, 512 KB SRAM, 4 MB SPI Flash và một khe cắm thẻ nhớ. Các đầu nối 40 chân (đầu nối mở rộng) với bảo vệ diode, bộ điều khiển máy chủ USB và một DAC VGA với các đầu nối tốc độ cao cũng là một phần của ô.
Nexys A7
Mặc dù Nexus A7 rất đắt tiền, nhưng nó là một bo mạch chủ mạnh mẽ cho các khóa học kỹ thuật điện tử và máy tính.
Nó bao gồm một số lựa chọn giao diện khác nhau như các khe cắm Ethernet 10/ 100, VGA, USB, UART, JTAG và microSD.
danh sách này vẫn chưa kết thúc. Bạn cũng có thể có nhiều thiết bị cảm ứng như gia tốc, cảm biến nhiệt, micro, v. v… Các sinh viên có thể tạo các nguyên mẫu cho các dự án khác nhau mà không cần phần cứng bên ngoài có các tính năng này.
Nexys A7 có hai biến thể: 50T và 100T. phiên bản webpack miễn phí hỗ trợ cả hai tính năng này, nhưng 50t có ít tính năng hơn.
Altair 4
Altera Cyclone IV là một dòng FPGA sử dụng năng lượng thấp do Intel sản xuất với tùy chọn thu phát. Chúng là lý tưởng cho nhiều ứng dụng khác nhau, đặc biệt là những ứng dụng cần sản xuất với số lượng lớn và chi phí thấp.
Khóa pha và các thành phần I/O xung quanh các kênh logic và định tuyến để truyền dữ liệu hiệu quả. Công nghệ sử dụng năng lượng thấp 60nm giúp duy trì hiệu quả năng lượng cao của bo mạch chủ và đơn giản hóa việc quản lý nhiệt để giảm chi phí làm mát.
Các FPGA nổi tiếng khác bao gồm:
tàu phá băng fpga
FPGA Spartan-6
Altair, số 5
Altair, số 5
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
ULX35
Zybo Z7
để thiết kế bảng fpga của riêng bạn
Giữ thiết kế sơ đồ đơn giản.
nhấn mạnh rằng đồng hồ được nối vào chân đúng.
hoàn thiện thiết kế cấu hình, nếu bạn không chắc chắn, hãy loại bỏ các đèn led hoặc nút bấm.
Chú ý độ dày dây đồng (đối với các bộ phận có khoảng cách khác nhau) và chồng lấp.
Đặt bất cứ chân nào không được chỉ rõ trên một đầu nối (cho việc chẩn đoán).
thiết kế nguồn điện trước tiên. Đầu tiên là dung tích nhỏ (dưới FPGA hoặc gần đinh), sau đó là dung tích lớn (ngoại FPGA) và cuối cùng là nguồn điện.
các nguồn điện, máy phát hiện đồng hồ và các kết nối cần thiết khác
nguồn: các nguồn tài liệu chia sẻ
liên hệ với nhà sản xuất pcb trước tiên để biết được sở hữu của bảng mạch, đặc biệt là điều khiển điều khiển cáp chấp cực.
Không giảm số lượng các bộ PCB.
không tháo điện điện bên ngoài.
tránh các thay đổi vì gần như không thể làm lại gói bga.
ai là người tạo ra bảng fpga của bạn
Bởi vì các bo mạch FPGA là các mạch phức tạp, bạn cần thuê một nhà sản xuất PCB có kinh nghiệm để điều chỉnh dự án của bạn.
OurPCB hoạt động trong ngành công nghiệp này hơn 15 năm và là nhà máy lắp ráp bảng mạch dẫn đầu, trong nhiều năm chúng tôi đã làm việc với một loạt các khách hàng / công ty nổi tiếng.
Unser Ziel ist es, qualitativ hochwertige Leiterplatten zu produzieren, die Ihren Anforderungen entsprechen, und zwar rechtzeitig und mit professionellem Service. Unsere Preise sind angemessen, und wir sind bestrebt, Ihre Gewinnspannen zu maximieren, indem wir Ihnen das beste, authentische Produkt für Ihr Projekt liefern. Nehmen Sie noch heute Kontakt mit uns auf und fordern Sie ein kostenloses Angebot für Ihr Design an.