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Fuente | Aprendizaje de desarrollo de circuitos electrónicos
Los estudiantes que estudian microcomputadoras de un solo chip generalmente entran en contacto con FPGA.
Probablemente algunos lectores se hayan hecho esta pregunta: ¿Qué puede hacer un FPGA? ¿Es mejor que un solo chip?
Digamos que FPGA también puede lograr lo que hace una microcomputadora de un solo chip en algunos aspectos. En algunas áreas, FPGA es mucho más fuerte que una microcomputadora de un solo chip.
Por supuesto, los FPGA y los microcontroladores tienen sus propias características y también existen algunas diferencias en la aplicación.
Hablemos de varias áreas de aplicación comunes de FPGA:
1. Sistema de comunicación
Se puede decir que la aplicación de FPGA en el campo de la comunicación es omnipotente.Gracias a las características de la estructura interna de FPGA, puede realizar fácilmente la estructura de algoritmo distribuido, que es muy beneficiosa para la realización de procesamiento de señales digitales de alta velocidad. en comunicación inalámbrica.
Porque en un sistema de comunicación inalámbrica, muchos módulos funcionales normalmente requieren una gran cantidad de operaciones de filtrado, y estas funciones de filtrado a menudo requieren una gran cantidad de operaciones de multiplicación y acumulación. Al implementar una estructura aritmética distribuida a través de FPGA, estas operaciones de multiplicación y acumulación se pueden implementar de manera eficiente.
En particular, el FPGA de Xilinx integra una gran cantidad de recursos adecuados para el campo de la comunicación, tales como: procesamiento de banda base (tarjeta de canal), funciones de interfaz y conexión, y RF (tarjeta de radiofrecuencia) tres categorías:
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Recursos de procesamiento de banda base El procesamiento de banda base incluye principalmente códec de canal (LDPC, Turbo, código convolucional y algoritmos de códec de código RS) e implementación de algoritmos de sincronización (búsqueda de celdas del sistema WCDMA, etc.).
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Interfaz y recurso de conexión La interfaz y la función de conexión incluyen principalmente la realización de la interfaz de comunicación externa de alta velocidad (PCI Express, Ethernet MAC, interfaz AD/DA de alta velocidad) de la estación base inalámbrica y los correspondientes protocolos de backplane internos (OBSAI, CPRI, EMIF, LinkPort).
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Recursos de aplicaciones de RF Las aplicaciones de RF incluyen principalmente modulación/demodulación, conversión ascendente/descendente (WiMAX, WCDMA, TD-SCDMA y DDC/DUC monocanal y multicanal para sistemas CDMA2000), recorte de picos (PC-CFR) y predistorsión (Predistortion ) ) y otras tecnologías clave. Con todo, siempre que aprenda bien FPGA, definitivamente puede mostrar sus habilidades en el campo de la comunicación.
2. Procesamiento de señales digitales
En el campo del procesamiento de señales digitales, FPGA también es invencible, principalmente debido a su capacidad de procesamiento paralelo de alta velocidad. La mayor ventaja de FPGA es su mecanismo de procesamiento paralelo, es decir, el uso de arquitectura paralela para realizar la función de procesamiento de señales digitales.
Este mecanismo paralelo hace que FPGA sea especialmente adecuado para completar tareas de procesamiento de señales digitales repetitivas, como el filtrado digital como FIR. Para tareas de procesamiento de señales digitales en paralelo de alta velocidad, el rendimiento de FPGA supera con creces la arquitectura de ejecución en serie de los procesadores DSP de propósito general. Una es que el voltaje y la capacidad de conducción de su interfaz son programables y configurados, a diferencia de los DSP tradicionales, que están controlados por el conjunto de instrucciones, porque el ciclo de reloj del conjunto de instrucciones es limitado y no puede manejar señales de velocidad demasiado alta. de Gbps. Las señales de clase son difíciles de manejar. Por lo tanto, la aplicación de FPGA en el campo del procesamiento de señales digitales también es muy extensa.
3. Procesamiento de imágenes de video
Con el cambio de los tiempos, la búsqueda de la gente por la estabilidad de la imagen, la claridad, el brillo y el color es cada vez más alta. Al igual que la definición estándar anterior (SD), ha evolucionado gradualmente hacia la alta definición (HD), y ahora la gente busca Calidad Blu-ray Imagen. Como resultado, la cantidad de datos que el chip de procesamiento necesita procesar en tiempo real está aumentando y el algoritmo de compresión de imágenes se está volviendo cada vez más complejo, por lo que el simple uso de ASSP o DSP ya no puede satisfacer una cantidad tan grande de datos. Procesando.
En este momento, se destacan las ventajas de FPGA. Puede procesar datos de manera más eficiente. Por lo tanto, en el campo del procesamiento de imágenes, después de considerar exhaustivamente el costo, FPGA se está volviendo cada vez más popular en el mercado.
4. Diseño de interfaz de alta velocidad
De hecho, después de ver el desempeño de FPGA en el campo de la comunicación y el procesamiento de señales digitales, creo que todos deberían haber adivinado que en el campo del diseño de interfaces de alta velocidad, FPGA también debe tener un lugar. Su capacidad de procesamiento de alta velocidad y cientos de IO determinan su ventaja única en el campo del diseño de interfaces de alta velocidad.
Por ejemplo, necesito hacer una interacción de datos con la PC, enviar los datos recopilados a la PC para su procesamiento o enviar los resultados procesados a la PC para su visualización. Existen abundantes interfaces para la comunicación entre PC y sistemas externos, como ISA, PCI, PCI Express, PS/2, USB, etc.
El enfoque tradicional es usar el chip de interfaz correspondiente para la interfaz correspondiente, como el chip de interfaz PCI. Cuando necesito muchas interfaces, necesito varios chips de interfaz de este tipo, lo que sin duda complicará nuestros periféricos de hardware y aumentará el volumen. Es enorme y inconveniente, pero si usa FPGA, la ventaja aparecerá de inmediato, porque se puede implementar una lógica de interfaz diferente dentro de FPGA, por lo que no hay necesidad de tantos chips de interfaz, junto con el uso de memoria DDR, hará nuestra interfaz El procesamiento de datos se ha vuelto más conveniente.
5. Inteligencia Artificial
Si prefieres estar atento a las novedades del sector tecnológico, últimamente estarás lleno de comunicación 5G e inteligencia artificial. Efectivamente, el siglo XXI ha entrado en 2020 sin saberlo. Durante estos 20 años, la inteligencia artificial se ha desarrollado rápidamente, y El buen desarrollo del 5G también ha hecho que la inteligencia artificial sea aún más poderosa, y es previsible que el futuro sea el mundo de la inteligencia artificial. Los FPGA también se usan ampliamente en la parte frontal de los sistemas de inteligencia artificial, como la conducción autónoma, que requiere la recopilación de varias señales de tráfico, como rutas de conducción, semáforos, bloqueos de carreteras y velocidades de conducción, y requiere el uso de múltiples sensores. Para sintetizar estos sensores, los FPGA se pueden usar para el procesamiento de controladores y fusión.
También hay algunos robots inteligentes que necesitan recolectar y procesar imágenes o procesar señales de sonido usando FPGA, por lo que FPGA es útil para el procesamiento de información de front-end de sistemas de inteligencia artificial.
6. Diseño de circuitos integrados
Cuando escuche la palabra IC, puede sentir que es muy avanzado y que no está al alcance de la gente común, y que el diseño de IC es un trabajo que solo los dioses pueden hacer. Es innegable que el umbral del diseño de circuitos integrados es relativamente alto, pero no debemos tomarlo demasiado mítico. De hecho, para decirlo de manera simple, podemos compararlo con el diseño de PCB. PCB es para construir componentes uno por uno en una placa de circuito impreso Una combinación de circuito con una función específica, y el diseño de IC es usar un tubo MOS y una sección PN para construir una combinación de circuito con una función específica en el sustrato de silicio, una macro y una micro.
Si se abandona el diseño de la PCB, no causará demasiadas pérdidas si se rediseña y vuelve a probar, pero si se abandona el diseño del IC y luego se rediseña, la pérdida será muy grande. el oro no se sopla. La fotoprotección es costosa y la fotolitografía no es barata para abrir moldes. Además, hay cientos de miles de otros procesos, incluida la mano de obra, los recursos materiales, la pérdida de la máquina y el mantenimiento de la máquina. Absolutamente es una pérdida dolorosa, por lo que IC El diseño debe enfatizar el éxito de la primera edición.
Para garantizar el éxito de la versión IC, es necesario llevar a cabo suficientes pruebas de simulación y verificación de FPGA. La verificación de simulación es ejecutar el software de simulación en el servidor para realizar pruebas, similar al software ModelSim/VCS; la verificación de FPGA es principalmente para trasplantar el código IC al FPGA, y usa la síntesis FPGA La herramienta se sintetiza, coloca y enruta para generar finalmente un archivo de bits, y luego se descarga a la placa de verificación FPGA para su verificación.Para IC complejos, también podemos dividirlo en varias funciones parciales para verificar por separado, y cada módulo funcional se coloca en un FPGA. , los circuitos generados por FPGA están muy cerca de los chips IC reales. Esto facilita en gran medida a nuestros diseñadores de circuitos integrados para verificar sus propios diseños de circuitos integrados.
Por ejemplo, la adquisición de datos de alta velocidad en la industria energética, la adquisición y transmisión analógica de gran volumen y alta velocidad en la industria médica, y los sistemas de guía, radar y satélite en la industria militar son áreas de aplicación de FPGA.
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