انجام پروژه با FPGA، مزایا و رقبای آن

برای انجام پروژه با FPGA باید به معماری آن توجه کرد. مثلا FPGA ها به دلیل معماری منحصر به فردشان روز به روز کامل تر می شوند.
روزی FPGA ها رقیب CPLD ها شناخته می شدند، اما رفته رفته با افزایش قابلیت های مختلف به این تراشه ها، دیگر قابل مقایسه با CPLD ها نیستند.

آیا FPGA همان CPLD است !؟

FPGA ها دارای تعداد منابع منطقی بالاتری هستند، در نتیجه قابلیت پیاده سازی مدارات دیجیتال بالاتری دارند. FPGA ها می توانند از چندین استاندارد ولتاژ در پایه های خود پشتیبانی کنند، در حالی که CPLD ها تک استاندارد هستند.

تأخیر در گیت های منطقی CPLD ها بیشتر از مدارات FPGA است. لذا مدارات با سرعت بیشتری کار خواهند کرد. سازماندهی کلاک در FPGA قابل مقایسه با CPLD ها نیست و بسیاری نکات دیگر که مهندسان را به انجام پروژه با FPGA ترغیب می کند.

FPGA رقیب DSP

تراشه DSP همانطور که از نامش پیداست، برای پردازش سیگنال ساخته شده است. در واقع این تراشه سخت افزارهای از پیش طراحی شده مختلفی جهت پیاده سازی سریع الگوریتم های مختلف پردازشی را دارد. اما با گذر زمان، FPGA های جدید قابلیت هایی بیشتر از پردازش سیگنال را پشتیبانی می کنند.

این رقابت از افزوده شدن ضرب کننده ها به تراشه های FPGA شروع شد. به نظر می رسد که FPGA ها دارند جای DSP ها را در پروژه های پردازش سیگنال می گیرند، اما این به طور کلی درست نیست. بهترین جمله برای توصیف این رقابت آن است که FPGA و DSP مکمل یکدیگر هستند.

طبق تجربه انجام پروژه با FPGA قدرت پیاده سازی بالاتری به طرح و مجری پروژه می دهد. به عبارتی، کاری که از DSP بر میاید از FPGA نیز ساخته است، اما ممکن است الگوریتمی که با FPGA پیاده سازی شده است، با DSP قابل پیاده سازی نباشد.

بنابراین انجام پروژه با FPGA می تواند پاسخگوی پیاده سازی بسیاری از الگوریتم ها باشد.

پیاده سازی پردازنده در FPGA

در انجام پروژه با FPGA ها میتوان با اتصال مناسب گیت ها یک پردازنده مانند میکروکنترلر ARM و AVR ساخت و آن را با زبان C برنامه ریزی کرد.

در FPGA های شرکت زایلینکس این پردازنده میکروبلیز نام دارد و در FPGA های شرکت آلترا، نیوس نامیده می شود.

در واقع این یک میکروکنترلر است که درون FPGA پیاده سازی شده است و میتوان آنها را با زبان های C و C++ برنامه ریزی کرد. علاوه بر آن در FPGA مدل ZYNQ علاوه بر قسمت FPGA که PL نامیده می شود یک بخش دیگر به نام PS داریم که خود چند هسته پردازنده ARM به صورت جدا است.

انتخاب پردازنده برای انجام پروژه با FPGA

تاکنون جهت بررسی انجام پروژه با FPGA به برخی قابلیت های کلیدی FPGA اشاره شد، اما بسته به نوع پردازش و کاربرد مدنظر، نوع داده های مورد پردازش، حجم پردازش، میزان هزینه مدنظر، زمان اجرای پروژه میتوان پردازنده های مختلفی را جهت تکمیل پروژه انتخاب کرد.

FPGA، ARM، AVR، GPU، CPU، PIC، CPLD و … تراشه هایی هستند که می توانند جهت انجام پروژه به عنوان پردازنده مورد استفاده قرار گیرند. در این مورد می توانید از گروه مهندسی آریادنا مشورت بگیرید.

زبان های انجام پروژه با FPGA

برای برنامه نویسی FPGA میتوان از زبان های مختلفی استفاده نمود. زبان های VHDL و Verilog یا به فارسی وریلاگ، زبان های متداولی هستند که در انجام پروژه با FPGA از آنها استفاده میشود.

اما نرم افزارهای جدید در حوزه برنامه نویسی FPGA به ما این امکان را میدهد که با زبانهای سطح بالاتر نیز بر روی FPGA برنامه نویسی کنیم.

مثلا در نرم افزار Vivado HLS که یکی از نرم افزارهای شرکت زایلینکس است، قابلیت برنامه نویسی به زبان های C و C++ برای FPGA نیز وجود دارد.

این قابلیت برای FPGA های شرکت آلترا نیز فراهم آمده است با نرم افزار Intel HLS compiler. همچنین برای برنامه نویسی ZYNQ که یک مدل FPGA با هسته پردازنده ARM است میتوان با پایتون نیز برنامه نویسی کرد که به آن PYNQ گفته میشود.

اما در انجام پروژه با FPGA اگر بخواهیم که پروژه در بهینه ترین حالت برنامه نویسی شود استفاده از زبان های سطح سخت افزار انتخاب بهتری هستند. در گروه مهندسی آریادنا جهت انجام پروژه با FPGA از زبان های مختلف برنامه نویسی طبق صلاح دید و همچنین ترجیح کارفرما انجام میشود.

برتری انجام پروژه با FPGA نسبت به CPU و ARM

در انجام پروژه میتوان از پردازنده های مختلفی استفاده کرد. بسته به نوع داده و حجم پردازش و عوامل تاثیرگذار دیگر ممکن است انجام پروژه با FPGA، ARM، GPU و …. باشد.

یکی از برتری های FPGA پردازش موازی است. به گونه ای که بسته به نوع برنامه نوشته شده میتواند چندین پردازش را به صورت همزمان به انجام رساند.