Како функционише ФПГА програмирање?

Постоји веома танка линија између хардвера и софтвера. Када креирате хардвер за гаџете као што су рачунари, морате осигурати да он ради и извршава код.

Фиелд Программабле Гате Арраи (ФПГА) је облик хардверске архитектуре који омогућава корисницима да прилагоде кола са било ког места и у било које време.

Учење о томе како ФПГА програмирање функционише биће драгоцено ако желите да наставите каријеру у рачунарској науци или технологији.

У овом чланку ћемо описати шта је ФПГА програмирање, како функционише и где се примењује, и поделићемо различите ресурсе како бисмо бацили више светла на то.

ФПГА програмирање

ФПГА је интегрисано коло (ИЦ) са конфигурабилним логичким блоковима и низом других карактеристика које корисник може програмирати и репрограмирати.

Израз ‘програмабилно на терену’ указује на то да способности ФПГА нису ожичене већ подесиве. Корисници тако могу да модификују функције кола у било ком тренутку како би испунили своје специфичне намере дизајна.

ФПГА програмирање се може описати као процес креирања рачунарских решења помоћу ФПГА.

Програмер мора да планира, дизајнира и изврши архитектуру капија како би створио функционално коло које задовољава потребе корисника. Крајњи циљ ФПГА програмирања је стварање хардверског кола које генерише специфичан излаз када се укључи.

Плоче на ФПГА су дизајниране да опонашају понашање кола у стварном свету. Стога тим за осигурање квалитета највише користи такве плоче за тестирање нових производа. ФПГА систем ће имати различите хардверске елементе.

Логичке капије делују као градивни блокови ФПГА на основном нивоу. Логичке капије врше Булове операције над улазним и излазним подацима. Постоје и ресурси за рутирање који усмеравају сигнале од једне тачке до друге.

Случајеви употребе ФПГА програмирања

ФПГА програмирање је постало веома привлачно за програмере у савременом свету.

Следе неки од случајева употребе;

#1. Дизајнирање АСИЦ-ова

Програмери сада могу дизајнирати интегрисана кола за специфичне апликације (АСИЦ). АСИЦ-ови су постали веома популарни у свету Битцоин рударства.

  Како искључити аутоматско закључавање на иПхоне-у

Дизајн ФПГА олакшава исправљање грешака. Лепота ФПГА је у томе што га можете користити као модел за друге пројекте и на тај начин уштедети време и ресурсе на дуге стазе.

#2. Сектор обновљиве енергије

Обновљива енергија ветра и сунца постаје све популарнија у свету који се суочава са изазовом глобалног загревања. Подстанице за пренос и дистрибуцију (Т&Д) захтевају ефикасне енергетске мреже да би паметне мреже могле да раде оптимално.

ФПГА су веома корисни у побољшању скалабилности и перформанси паметних мрежа уз истовремено одржавање ниске потрошње енергије.

#3. Ваздухопловство и одбрана

Авиони понекад лете кроз тешка окружења. Производне компаније тако производе рад-хард и рад-толерантне ФПГА које нуде више поузданости, перформанси и захтева животног циклуса екстремних окружења од традиционалних АСИЦ имплементација.

#4. Серверске апликације

Дата центри/сервери су постали ствар јер се потражња за брзином обраде података повећава сваким даном. Подаци се морају обрадити у реалном времену, чак и под ограниченим простором и временским ограничењима.

ФПГА, преко БРАМ-а, може да понуди повезивање са екстерним елементима за складиштење података, убрзавајући обраду података на чиповима.

Предности ФПГА програмирања

  • ФПГА се могу реконфигурисати. Мора се узети у обзир употребљивост ФГПА. Можете да конфигуришете једну и поново је конфигуришете да би се користила у другој апликацији.
  • ФГПА захтева мање ручне интервенције. Софтвер се бави задацима рутирања, времена и постављања у ФГПА окружењу. Такви задаци могу бити дуготрајни и сложени ако се руководе ручно.
  • ФПГА долазе као празна платна. За разлику од традиционалних АСИЦ-а са унапред дефинисаним функционалностима, ФПГА се могу репрограмирати за различите случајеве употребе. Инжењер тако може програмирати такав систем за различите случајеве употребе користећи ХДЛ (Хардваре Десигн Лангуаге).
  • Израда прототипа. АСИЦ-ови су скупи за производњу, а једноставна грешка може бити веома скупа. Пре него што пустите свој АСИЦ на тржиште, важно је да се уверите да је ваш систем функционалан и да испуњава циљеве за које је дизајниран. ФПГА се могу репрограмирати, што значи да можете тестирати рад док не добијете прави дизајн.

Како програмирати ФПГА

Дизајни који се користе за покретање ФПГА су примарно кодирани у језицима за опис хардвера (ХДЛ) као што су СистемВерилог, Верилог и ВХДЛ.

#1. Верилог

Верилог је идеалан ако желите да програмирате ФПГА у неколико редова кода. Овај језик је упоредив са Ц иако је дизајниран за хардверску архитектуру. Верилог је креиран да ХДЛ учини флексибилнијим и робуснијим.

  Како интегрисати сервисне раднике у Нект.јс апликације

#2. СистемВерилог

СистемВерилог је креиран као Верилог-ова екстензија. То је и верификација хардвера и језик описа хардвера. Помоћу овог језика можете описати хардверске обрасце, претворити их у дигитални код, а затим их отпремити у ФПГА систем да бисте извршили одређене задатке.

#3. ВХДЛ

ВХДЛ је кратка форма за језик описа хардвера веома брзих интегрисаних кола. Помоћу ВХДЛ-а можете описати хардвер ФПГА, омогућавајући корисницима да га моделирају и симулирају пре него што га кодирају у стварни хардвер.

Програмирање са ВХДЛ-ом олакшава одређивање потенцијалних грешака у колу које корисници могу поправити пре коначног кодирања. ВХДЛ омогућава корисницима да напишу свој структурирани код.

Синтеза високог нивоа (ХЛС), где се дизајн ради у подскупу Ц, а компајлер трансформише код у Верилог код, популарна је међу програмерима који желе да програмирају ФПГА.

Програмери тако могу да користе језике са којима су упознати да дизајнирају ФПГА преко обједињених софтверских платформи.

#4. Питхон

Овај вишенаменски програмски језик се може користити за програмирање ФПГА. Да би то постигао, Питхон користи ПИНК, пројекат отвореног кода који олакшава рад са АМД платформама.

#5. Ц и Ц++

Језици засновани на Ц-у су идеални за ФПГА дизајн због синтезе високог нивоа (ХЛС). АМД Вивадо™ ХЛС компајлер нуди програмско окружење које дели кључне технологије са специјализованим и стандардним процесорима, што оптимизује програме засноване на Ц.

#6. АИ платформе као што су ТенсорФлов и ПиТорцх

Инжењери користе обучене моделе дубоког учења из Питорцх-а или Тенсорфлов-а за компајлирање за ФПГА убрзање. Такав приступ елиминише потребу за хардверским програмирањем ниског нивоа док се и даље постиже невероватно брза компилација.

Код написан у нормалним програмским језицима, као што су Питхон, Ц или Ц++, се синтетише и конвертује у власничке описе међусобног повезивања помоћу алата за синтезу.

Добијена датотека која садржи опис интерконекције позната је као битстреам. Битстреам описује како да конфигуришете ФПГА (како да повежете флип-флоп, капије и различите елементе дигиталног кола преко интерконективне матрице ФПГА).

ФПГА имају уграђену конфигурацију која чита битстреам датотеку и сходно томе конфигурише ФПГА. Конфигурационо коло може да чита битстреам датотеку кроз различите приступе, као што су паралелна флеш меморија, ЈТАГ и серијска флеш меморија.

Произвођачи ФПГА плоча обезбеђују софтвер/инструкције које програмери користе за конфигурисање/програмирање система.

Већина ФПГА система се може репрограмирати што је више пута могуће. Једино ограничење је када су такви системи оштећени условима ван спецификације као што су хабање, температура или високи напон.

  Како додати контакт у фаворите на иПхоне-у

Можете сазнати више о ФПГА програмирању кроз ове ресурсе за учење

Ресурси за учење

#1. ФПГА програмирање за почетнике

Ова књига вас уводи у свет ФПГА програмирања користећи СистемВерилог. Приступ подучавању је заснован на пројектима, где развијате апликације из стварног света као што су тастатура и калкулатор.

Књига представља ФПГА архитектуру пре него што истражите како написати СистемВерилог РТЛ. Ова књига вас такође упознаје са основама рачунарске математике, цевоводом и паралелизмом. Књига се такође дотиче напредних тема као што су АКСИ и повезивање тастатуре са ПС/2.

Ова књига је идеална за програмере, инжењере и програмере уграђених система који желе да науче ФПГА и СистемВерилог програмирање. Овај ресурс је такође погодан за ФПГА дизајнере који жуде за практичним искуством у стварању пројеката из стварног света.

#2. ФПГА за софтверске програмере

Ова књига упознаје софтверске инжењере са светом ФПГА и реконфигурабилне технологије. Књига почиње представљањем ФПГА и његовог модела програмирања. Ово је такође књига коју можете користити ако желите да научите како ФПГА имплементирају различите апликације без процеса пројектовања хардвера ниског нивоа.

Књига даје реалистичан увид у проблеме који одговарају ФПГА и како имплементирати решења са становишта софтверског инжењера. Приступ оријентисан на корисника у овој књизи олакшава разумевање где је ФПГА технологија применљива и како. Циљани читаоци ове књиге су дизајнери софтвера и ФПГА дизајнери.

#3. Почетак ФПГА: Програмирање метала

Ова књига учи читаоце како да користе БеМицро МАКС 10 за прављење сензора температуре, сензора покрета, температурног сензора и КИТТ дисплеја аутомобила компаније Книгхт Ридер. Књига је прилагођена почетницима и погодна је за оне који немају вештине програмирања или диплому инжењера електронике.

Књига представља ФПГА и објашњава њихове разлике од микроконтролера или АСИЦ-а. То је такође ресурс који ће вас упознати са начином постављања ланца алата и коришћења ВХДЛ-а за програмирање ФПГА. Књига је идеална за ентузијасте електронике и Распберри Пи који желе практичан увод у свет ФПГА.

#4. Програмирање ФПГА: Почетак рада са Верилог-ом

Ова књига је савршена ако никада нисте имали интеракцију са Верилогом и ФПГА. Ако вам је ФПГА програмирање нов термин, ово је добро место за почетак. Типични узорци, као што су бројачи и 7-сегментни дисплеји, подстаћи ће ученике на праву ногу.

Књига упознаје ученике са Верилогом и нуди различите средње примере као што је ВГА. Овај ресурс можда није идеалан ако већ имате знање о Верилогу и ФПГА. Ова књига је доступна у верзијама Киндле и Папербацк.

Закључак

ФПГА понекад могу да раде боље од ГПУ-а у апликацијама дубоког учења са малим кашњењем. ФПГА програмирање је суштинска вештина јер се ФПГА може користити у потрошачкој електроници, индустријској аутоматизацији и војним апликацијама, између многих других апликација. ФПГА се још увек развијају и можемо само да чекамо да их видимо фино подешене за више случајева употребе и боље перформансе.