Elettronica_Oggi_446

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DIGITAL FPGA
42 - ELETTRONICA OGGI 446 - GIUGNO 2015
FPGA: uno sguardo
in profondità
Gli FPGA (che si possono definire una specie di matri-
ce di porte logiche programmabili sul campo) sono
diventati i componenti chiave di molti progetti. La
loro flessibilità consente di personalizzare l’hardware per
applicazioni caratterizzate da bassi volumi. La scalabilità
degli FPGA all’interno di ogni famiglia di dispositivi permet-
te di scegliere opzioni caratterizzate da prestazioni relativa-
mente televata, bassa densità e costo ridotto. Queste opzio-
ni garantiscono la permettono agli FPGA di competere con
soluzioni su silicio di tipo custom nello sviluppo di applica-
zioni consumer ad alto volume, quali fotocamere digitali e
hub di entertainment per i cruscotti delle autovetture.
L’enorme gamma di applicazioni che vede coinvolti gli FPGA
ha portato allo sviluppo di una pluralità di dispositivi, cia-
scuno dei quali con i propri i punti di forza e di debolezza.
Da qui l’importanza di conoscere a fondo le caratteristiche
dei diversi FPGA presenti sul mercato.
Architettura degli FPGA
I primi FPGA a fare la loro comparsa sul mercato avevano
un’architettura relativamente semplice. Essi utilizzavano cel-
le di memoria SRAM (Static Random Acccess Memory - me-
moria statica ad accesso casuale) per la loro configurazione
circuitale ed elementi LUT (LookUp Table) Composto soli-
tamente da quattro ingressi e un’uscita, il LUT è l’elemento
logico centrale di molti FPGA attualmente sul mercato e, uni-
tamente ai canali di routing programmabili, conferisce fles-
sibilità e scalabilità a questi dispositivi. La LUT permette di
creare tabelle di verità arbitrarie in ogni blocco (Fig. 1) che
rappresentano la base delle funzioni logiche complesse che
possono essere riprogrammate nel momento in cui variano
i i requisiti.
Gli elementi di memoria SRAM usati nella maggior parte de-
gli FPGA sono volatili: la configurazione e il contenuto della
LUT vengono quindi persi nel momento in cui il sistema vie-
ne spento. Di conseguenza, i dispositivi sono progettati per
ripristinare automaticamente la configurazione dalla memo-
ria non volatile all’accensione. Questa riconfigurabilità può
essere sfruttata in progetti che necessitano di un’elevata
flessibilità durante l’esecuzione.
La riconfigurazione parziale
Un numero crescente di dispositivi, come l’ultima genera-
zione di FPGA basati su SRAM di , e
supporta la riconfigurazione parziale per consentire il ca-
ricamento immediato di diverse configurazioni hardware.
In pratica, la riconfigurazione parziale può essere utilizzata
Tony Storey
Application engineer
La gamma sempre più ampia di applicazioni che
vede coinvolti gli FPGA ha portato allo sviluppo
di una pluralità di dispositivi, ciascuno dei quali
con caratteristiche e funzionalità specifiche