FPGA - Field Programmable Gate Array

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1 FPGA - Field Programmable Gate Array 1985/86: Xilinx introduz nova família de PLDs FPGA - Field Programmable Gate Array agregados regulares de blocos lógicos configuráveis (CLB para XILINX) ligações programáveis entre os blocos lógicos blocos configuráveis de complexidade reduzida (dezenas de portas lógicas) unidade básica: look-up table (LUT) de 4 entradas elementos de memória: flip-flops, latches, blocos de RAM (inclui dual-port) uma LUT de 4 entradas faz qualquer função lógica combinacional de 4 entradas configuração rápida por escrita em SRAM configuração volátil, necessita EPROM auxiliar configuração in-circuit e rápida (reconfiguração completa em milissegundos) possibilidade de reconfiguração parcial Sistemas reconfiguráveis baseados em FPGAs construídos uma vez, re-utilizáveis um número arbitrário de vezes prototipagem, circuitos para aplicações específicas, computadores dedicados 151 FPGA - fluxo de projecto... assign S0=A0 ^B0, C1=A0&B0, S1=A1^B1^C1, S2=A1&B1 A1&C1 B1&C1;... síntese lógica - RTL > gate level mapeamento tecnológico A0 B0 S0 S1 A0 B0 A1 B1 S0 S1 S2 A1 síntese física B1 - place&route - timing analysis - bitstream generation bloco lógico configurável interruptores programáveis interligações S2 bloco de entrada/saída 152

2 FPGAs - características Programação eléctrica anti-fuse (programador, definitiva) EPROM, EEPROM (programador ou in-circuit, não volátil) SRAM (in-circuit, volátil) Arquitecturas de FPGAs correntes Xilinx Actel Algotronix Altera PLA PLA PLA PLA bloco lógico configurável 153 FPGAs - arquitecturas de blocos configuráveis Look-up tables A B C D RAM multiplexers mux portas lógicas e muxs A B A B mux mux pares de transistores mux blocos PLA 154

3 FPGAs - aplicações circuitos para aplicações específicas (ASICs) substituir um circuito integrado fabricado por medida emulação e prototipagem de hardware acelerar processos de validação (3 a 5 ordens de magnitude) emulação de sistemas mistos digital-analógico processadores dedicados (CCM - Custom Computing Machines) especificamente desenhados para acelerar partes de aplicações paralelismo das operações natureza das operações (por exemplo manipulação de bits) associados a processadores convencionais uma plataforma reconfigurável (física) para diferentes processadores Sistemas reconfiguráveis dinamicamente Hardware adaptado em run-time às necessidades de um aplicação 155 FPGAs XILINX ( Introduzidas em 1985 configuração por SRAM blocos lógicos configuráveis baseados em LUTs abundância de flip-flops arquitectura do tipo array, canais de interligação abundantes RAM distribuída circuitos dedicados para operações aritméticas interconexões hierárquicas capacidade de readback (configuração e nós internos) Famílias actuais Spartan, Spartan II, Spartan3, VirteII-Pro, Virtex4, Virtex5 Variadas versões: processadores embutidos, orientados para DSP, reduzido consumo de energia 156

4 Spartan3 Datasheet: FPGAs Spartan3 158

5 Arquitectura da Spartan3 159 Número de I/Os 160

6 I/O Signal Standards (single-ended) 161 I/O Signal Standards (differencial) 162

7 Spartan3 FT I/O 164

8 I/O (cont.) 165 Estrutura do CLB (Configurable Logic Block) 166

9 Slice 167 Slice (cont.) 168

10 Interconexões 169 ISE Design Summary 170

11 Xilinx Floorplanner 171 Xilinx FPGA Editor 172