Часто задаваемые вопросы: что такое программирование FPGA?

2 декабря 2021 г.

Аппаратная архитектура — это дисциплина, которая включает в себя проектирование и создание уникальных физических схем, которые выполняют определенные задачи, такие как шифрование кода или обработка пакетов. FPGA или программируемая вентильная матрица — это форма аппаратной архитектуры, которая дает пользователям возможность настраивать схемы из любого места в любое время. Если вы заинтересованы в карьере в сфере технологий или компьютерных наук, понимание того, что такое программирование FPGA и каковы его приложения, может дать полезную информацию для определения того, подходит ли вам аппаратная архитектура.

В этой статье мы объясним, что такое FPGA, обсудим, для чего она используется, опишем, что такое программирование FPGA, и перечислим языки, которые вы можете использовать для программирования FPGA.

Что такое ПЛИС?

FPGA — это интегральная схема, которую люди могут модифицировать для выполнения определенных вычислительных задач даже после производственного процесса. Массив вентилей представляет собой кремниевый чип с транзисторами, у которых нет предварительно назначенной функции, что делает FPGA схемой с широкими возможностями настройки, которую пользователи могут модифицировать в соответствии с потребностями своих уникальных проектов. ПЛИС можно программировать в полевых условиях, поскольку пользователи имеют возможность изменять функции схемы в любом месте и в любое время в соответствии со своими конкретными проектными замыслами.

ПЛИС представляют собой множество логических элементов, которые пользователи могут переконфигурировать для создания настраиваемых цифровых схем. Некоторые вентили, входящие в состав ПЛИС, включают в себя контроллеры памяти и коммуникационные интерфейсы, которые пользователи могут подключать для создания уникальных схем, отвечающих их конкретным технологическим потребностям. Этот процесс проектирования и управления структурой схемы называется аппаратной архитектурой.

Для чего используется ПЛИС?

FPGA — это гибкий набор логических элементов, что часто делает его привлекательным для разработчиков, работающих в различных областях технологической отрасли. Их основной целью является разработка специализированных интегральных схем, также известных как ASIC. Пользователи сначала разрабатывают схему, которую они хотят, в зависимости от обстоятельств и потребностей их задачи. После того, как пользователи разработали и протестировали свою уникальную схему, они могут производить ASIC с проектом и экономить драгоценное время и деньги, которые в противном случае пошли бы на планирование и выполнение интегральной схемы. Одна FPGA может служить моделью для различных других проектов.

FPGA также играют ценную роль в проектах, где требуется настройка схем. Если аппаратная конфигурация задачи настроена на изменение из-за внешних обстоятельств, пользователь может легко и эффективно обновлять схему, чтобы лучше соответствовать потребностям проекта. Гибкость FPGA и простота модификации делают их привлекательными для специалистов по оборудованию и вычислительной технике.

Некоторые другие распространенные приложения FPGA включают:

• Искусственный интеллект

• Военные и космические проекты

• Медицинские инструменты

• Научные инструменты

• Промышленные инструменты

• Пакетная обработка

• Криптография, которая относится к процессу решения кода

Что такое программирование ПЛИС?

Программирование FPGA — это процесс создания вычислительных решений с использованием FPGA. Процедуры разработки включают планирование, проектирование и выполнение архитектуры вентилей таким образом, чтобы получившаяся схема была функциональной и отвечала потребностям проектировщиков. Конечной целью программирования ПЛИС является создание схемы аппаратного обеспечения, которая при включении питания генерирует определенные выходные данные, предусмотренные пользователями. Почти все FPGA используют языки описания оборудования или HDL во время программирования.

Уделение времени программированию FPGA может быть очень полезным для определения процессов, шаблонов схем и потенциальных ошибок, которые могут возникнуть при работе оборудования. Вот почему важно тщательно планировать свои схемы и сокращать любые потенциально трудоемкие действия, такие как отладка и реконфигурация вашей аппаратной архитектуры, если первый план окажется нефункциональным.

Типы языков программирования FPGA

Пользователи могут настраивать FPGA с помощью HDL. HDL переводят коды на свой язык с помощью слов и символов, которые программа разработки может затем преобразовать в данные, загружаемые в FPGA. Это дает ему надлежащие функции для выполнения задач, для которых изначально была модифицирована ПЛИС. Вот некоторые распространенные типы языков программирования FPGA:

VHDL

Язык описания аппаратного обеспечения сверхвысокоскоростных интегральных схем, или VHDL, — это язык, используемый для настройки электронной автоматизации с использованием конкретных конструкций, определяющих выход схемы. VHDL описывает аппаратное обеспечение FPGA и позволяет пользователям моделировать и имитировать его до того, как оно будет закодировано в реальное оборудование. Это может быть хорошим инструментом для определения потенциальных ошибок в схеме, которые пользователи могут исправить перед окончательным кодированием. VHDL имеет систему полного типа, что означает, что пользователи могут писать свой собственный структурированный код.

Верилог

Verilog — еще один распространенный язык HDL, который используется при моделировании электронного оборудования при описании электронных систем. Verilog требует меньше строк кода, и люди в технических отраслях часто сравнивают его с языком программирования C, хотя некоторые считают Verilog лучшим выбором для аппаратной архитектуры. Это связано с тем, что многие профессионалы в области информатики и программирования считают Verilog самым простым HDL для изучения в Институте инженеров по электротехнике и электронике или IEEE.

Система Верилог

SystemVerilog начинался как расширение Verilog и одновременно является языком описания и проверки оборудования. Как и другие HDL, он используется для описания аппаратных шаблонов, которые затем преобразуются в цифровой код, который загружается в FPGA для выполнения определенных задач. SystemVerilog создает статические данные, которые не меняются в течение жизни программы, и автоматические данные, которые генерируются в процессе разработки и выполнения программы. Ключевое различие между Verilog и SystemVerilog заключается в том, что первый моделирует исключительно электронные системы, а второй моделирует, проектирует и тестирует эти системы.