Архитектура FPGA

FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица) полупроводниковое устройство, которое может быть сконфигурировано производителем или разработчиком после изготовления; отсюда название: «программируемая пользователем». FPGA программируются путём изменения логики работы принципиальной схемы, например, с помощью исходного кода на языке проектирования (типа VHDL), на котором можно описать эту логику работы микросхемы. ППВМ является одной из архитектурных разновидностей программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). FPGA названы так потому, что они по своему устройству похожи на ныне уже устаревшие ‘gate arrays’ (вентильно-матричную) форму application specific integrated circuit (ASIC) - интегральная схема специального назначения. По сути, FPGA вытеснили с рынка ASIC ввиду того, что FPGA могу быть запрограммированы на компьютере на минуты, в то время как для создания и изготовления нового дизайна ASIC потребуются недели. Со временем скорость работы FPGA возросла, энергопотребление снизилось, значит, упали и цены, и основной целью распространения FPGA стало не прототипирование ASIC и замена в будущем эквивалентной ASIC, как задумывалось сначала, а самостоятельный продукт.

Каждый производитель FPGA создает свою собственную архитектуру для своих устройств, однако в общем они являются разновидностью архитектурного решения, представленного на рис. 52.1.

Рисунок 52.1 Общая архитектура FPGA.

Архитектура состоит из CLB (configurable logic blocks), конфигурируемых I/O блоков и программируемых межсоединений (programmable interconnect) – трассировочные каналы, каналы прямых соединений, PRM – программируемые матрицы соединений, состоящие из SB – узловой мост. Также должна присутствовать схема тактирования (clock circuitry) для подведения тактовых сигналов к каждому логическому блоку. Помимо этого, могут присутствовать АЛУ, память и декодеры.