FPGA hoặc field programmable gate array là một mạch tích hợp bán dẫn trong đó chức năng điện được tùy chỉnh để tăng tốc khối lượng công việc chính.

FPGA là một IC bán dẫn mà phần lớn chức năng điện bên trong thiết bị có thể được thay đổi, thay đổi bởi kỹ sư thiết kế, thay đổi trong quá trình lắp ráp PCB, hoặc thậm chí là thay đổi sau khi thiết bị đã được vận chuyển cho khách hàng ngoài 'thực tế'.

Thiết bị soC FPGA tích hợp cả bộ xử lý và FPGA trúc của bạn vào một thiết bị duy nhất.

Tích hợp chức năng quản lý cấp cao của bộ xử lý và các hoạt động theo thời gian thực, xử lý dữ liệu đỉnh cao hoặc các chức năng giao diện của FPGA (Field Programmable Gate Array) vào một thiết bị duy nhất tạo thành một nền tảng điện toán nhúng thậm chí còn mạnh mẽ hơn.

Do đó, chúng cung cấp tích hợp cao hơn, tiêu thụ điện năng thấp hơn, kích thước bo mạch nhỏ hơn và giao tiếp băng thông cao hơn giữa bộ xử lý và các FPGA. Chúng cũng bao gồm một tập hợp phong phú các thiết bị ngoại vi, bộ nhớ trên chip, một mảng logic FPGA và bộ thu phát tốc độ cao.

Linh hoạt

FPGA năng có thể thay đổi khi mọi nguồn điện của thiết bị đều tăng lên.

Tăng tốc

Đưa sản phẩm ra thị trường nhanh hơn và/hoặc tăng hiệu suất hệ thống của bạn.

Tích hợp

Nền tảng công nghệ ngày FPGAs bao gồm bộ xử lý trực tiếp, bộ thu phát I/O ở tốc độ 28 Gbps (hoặc nhanh hơn), khối RAM, công cụ DSP, v.v.

Tổng chi phí sở hữu (TCO)

Mặc dù ASNIC có thể có chi phí ít hơn trên mỗi đơn vị so với FPGA tương đương, việc xây dựng chúng đòi hỏi chi phí không định kỳ (NRE), các công cụ phần mềm đắt tiền, các nhóm thiết kế chuyên dụng và chu kỳ sản xuất lâu dài.

Bộ xử lý trong SoC FPGAs thể là "cứng" hoặc "mềm". Bộ xử lý cứng được triển khai trong logic silicon cố định của bộ xử lý SoC FPGA tương tự như bộ thu phát nối tiếp. Tuy nhiên, trên nền tảng SoC FPGAs bộ xử lý được bao quanh bởi logic có thể lập trình mà bạn có thể sử dụng cho các chức năng tùy chỉnh hoặc dành riêng cho ứng dụng. Bộ xử lý cứng cung cấp hiệu suất CPU cao hơn so với các bộ xử lý mềm, tùy thuộc vào các yếu tố như kiến trúc bộ xử lý, tốc độ đồng hồ và công nghệ quy trình. Như tên của nó, các bộ tính năng bộ xử lý cứng được cố định và thường chỉ được cung cấp dưới dạng biến thể của một công cụ SoC FPGA. Số lượng và loại bộ xử lý cứng trong ổ đĩa SoC FPGA cũng được cố định như một chức năng của cấu hình SoC cụ FPGA. Altera® Intel® Stratix® cung cấp bộ xử lý cứng trong các dòng FPGA SoC FPGA, Intel® Arria® 10 SoC FPGA, Arria® V SoC FPGA và SoC Cyclone® V FPGA .

Bộ xử lý mềm, chẳng hạn như bộ xử lý Nios® II, được triển khai trong logic có thể lập trình, sử dụng tài nguyên trên chip như các yếu tố logic, bội số và bộ nhớ, và có thể được khởi tạo trong hầu hết các FPGA họ. Hiệu năng và chi phí của một bộ xử lý mềm chủ yếu phụ thuộc vào FPGA mà bộ xử lý được khởi tạo, nhưng hiệu năng và chi phí thường thấp hơn so với bộ xử lý cứng. Số lượng bộ xử lý mềm có thể được khởi tạo trong một thiết bị chỉ bị giới hạn bởi tài nguyên của thiết bị (nghĩa là logic và bộ nhớ của nó). Ví dụ, mật độ FPGAs mật độ cao, có thể chứa hàng trăm bộ xử lý mềm. Tương tự, các loại bộ xử lý mềm khác nhau có thể được triển khai: 16 hoặc 32 bit, tối ưu hóa hiệu năng, tối ưu hóa khu vực logic, v.v. Bạn có thể chọn chuyển các thiết kế bộ xử lý mềm của mình sang các triển khai bộ xử lý cứng khi chuyển sang mảng cổng hoặc thiết kế dựa trên tế bào. Một hoặc nhiều bộ xử lý mềm cũng có thể được sử dụng trong FPGA của bộ xử lý SoC FPGA.

Có nhiều cách để sử dụng FPGAs trong hệ thống nhúng. Các ứng dụng điển hình bao gồm:

• I/O và các thiết bị ngoại vi mở rộng Bổ sung thiết bị ngoại vi bị thiếu trong bộ xử lý hiện tại của bạn như LCD hoặc bộ điều khiển bộ nhớ hoặc tăng số lượng kênh I/O trong hệ thống của bạn bằng cách thêm các cổng Ethernet, I/O (GPIO) hoặc UART đa năng.
• Đồng xử lý-Tăng cường hiệu năng hệ thống bằng cách di chuyển các thuật toán điện toán chuyên sâu từ phần mềm chạy trên bộ xử lý đến phần cứng trong môi trường FPGA. Xử lý tín hiệu, xử lý hình ảnh và các ứng dụng xử lý gói đạt được các đơn đặt hàng cải thiện hiệu suất cường độ chạy trong phần cứng thay vì phần mềm.
• Bộ điều khiển nhúng tùy chỉnh-Bạn quyết định (và bao nhiêu) bộ xử lý, thiết bị ngoại vi, giao diện, kênh truy cập bộ nhớ trực tiếp (DMA) và bộ nhớ để đưa vào bộ điều khiển nhúng tùy chỉnh của bạn.
• Bộ đa xử lý tăng tốc quá trình phát triển phần mềm của bạn, cải thiện độ tin cậy của mã và tăng khả năng bảo trì bằng cách phân phối các tác vụ trên nhiều CPU. Bạn có thể thiết kế một hệ thống đa bộ xử lý như một hệ thống tùy chỉnh bên trong một FPGA hoặc để tăng cường CPU ngoài hoặc bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số.