Pemrograman Devais FPGA (Field Programmable Gate Array)

PemrogramanDevaisFPGA(Field Programmable Gate Array) Veronica Ernita K.

Apaitu FPGA? • FPGA adalahsuatu IC program logic denganarsitektursepertisusunanmatriksel-sellogika yang dibuatsalingberhubungansatusama lain. • Memilikijalur – jalur I/O FPGA yang memadai. • Mempunyaibanyak gate: 5000 s/d juta-an gate • Kecepatan ~100 MHz • MemilikisifatProgrammabletapi, bersifatVolatile.

Programmable • User dapatmemakai IC digital secaraberulang-ulanguntukmenyesuaikan program yang akandidownloadkedalam FPGA. • Volatile • Jikalistrikmatimakasecaraotomatisfungsi FPGA akanhilang, artinya data yang telahdiprosesdandidownloadakanhilangsemuanya.

Mengapamenggunakan FPGA? • Memilikikemampuanuntukmenanganibebankomputasi yang begituberat. • Menghilangkantugas-tugasintensifdariDigital Signal Processing. • Kustomisasiarsitektur agar sesuaidenganalgoritma ideal. • Mengurangibiayasistem. • Efisiensibiaya.

Teknologi FPGA berawaldari? • PROM (Programmable Read Only Memory) • EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) • EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) • FLASH • SRAM (Static Random Access Memory)

Teknologi yang berhubungandengan FPGA • Transistor, • IC (Integrated Circuit), • SRAM (Static Random Access Memory), • DRAM (Dynamic Random Access Memory), • SPLD (Simple Programmable Logic Devices), • CPLD (Complex Programmable logic Devices), • ASIC

Programmable Logic Device (PLD) • PLD adalah chip general-purpose yang digunakanuntukmengimplementasikanrangkaianlogika(kombinasional). • PLD merupakankomponenelektronik yang dapatdigunakanuntukmembangunrangkaian digital sesuaidengankeinginanperancang. PLD menghubungkanbeberapagerbanglogika yang diaturolehperancanghardware.

Programmable Logic Device (PLD) • Berdasarkanjumlahgerbanglogika yang dimiliki, PLD dapatdibagiatastigatipe,

Simple Programmable LogicDevices (SPLD) • SPLD merupakanalatdengangerbang AND yang dihubungkandengangerbang OR ataugerbang lain yang sejenis. • Gerbang-gerbanginidapatdiatursedemikianrupaolehpemakai. • SPLD dapatdiprogramdenganfusible link, antifuse, EPROM, EEPROM, atau flash.

PLA (Programmable Logic Array) • Merupakanpengembanganpertamadari PLD. • StrukturPLA:

Skematik PLA

Programmable Array Logic (PAL) • Di PLA, plane AND dan OR keduanyaprogrammable. • Programmable Array Logic (PAL), lebihsederhana: • Plane OR tetap. • PAL lebihmudahuntukdimanufakturdandapatberoperasilebihcepatdaripadaPLA. • Strukturini paling banyakdigunakandiaplikasiyang menggunakanprogrammable device sederhana.

Skematik PAL

Programmable Array Logic (PAL) • Device PAL mempunyairangkaiantambahandikeluarantiapgerbang OR untukmenyediakanfungsionaltambahan: • Macrocell: gerbang OR dikombinasikan dengan rangkaiantambahan. • PAL = plane AND + macrocell

Complex Programmable LogicDevice (CPLD) • CPLD adalahgabungandaribeberapa SPLD yang dihubungkanolehProgrammable Switching Matrix. • Jadi,CPLD merupakansebuahprogrammable logic device dengankompleksitasantaraProgrammable Array Logic (PAL) dan FPGA.

Karakteristik CPLD • CPLD memilikisifat non-volatile yang diadopsidariPAL. • Memilikibanyakgerbang yang diadopsidariFPGA, meskipungerbang PAL tidaksebanyak FPGA. • Jumlahgerbang yang terdapatpada IC CPLD berkisarantararibuansampairatusanribugerbanglogika.

Arsitektur CPLD

Logic Block memilikimacrocell yang terdiridarisebuah SPLD dansebuah flip-flop. I/O Block merupakanbagianpada CPLD yang digunakansebagaiinterface data yang akan masuk dan keluar pada CPLD. Programmable Interconnect digunakansebagaipenghubungantarmacrocellatauantara macrocell dengan I/O Block.

Application-Specific Integrated Circuit (ASIC) • ASIC adalah IC yang hanyadigunakanpadakeperluantertentu , kompleksitas IC inicukuptinggijaditidakmuatpada CPLD .

Field Programmable Gate Array (FPGA) • Untukmengimplementasikanrangkaian yang lebihbesarlagi, digunakantipe IC yang dapatmempunyaikapasitaslogika yang lebihbesar: • Field Programmable Gate Array (FPGA) • Tidakberisiblok AND danOR. • Tapi, berisi array bloklogikadanjalurinterkoneksiantarblok. • Jalur interkoneksi disusun sebagai kanal routing secarahorisontaldanvertikal yang berisi programmable switch. • Dapatmengimplementasikanfungsilogikadenganjumlahgerbangekivalenjutaan.

Field Programmable Gate Array (FPGA) Terdiridari: • Configurable Logic Blocks (CLB). • Input/OutputBlocks (IOB). • Programmable Switch Matrix (PSM)

Configurable Logic Blocks (CLB) • CLB merupakanblokuntukmembangunkomponen-komponencombinational/sequential. • UntukdapatmembentukCLB dibutuhkantruth table dalammembangunjalurlogika.

Input/Output Blocks (IOB) • IOB merupakanblok yang digunakanuntukmengirimkansinyalkeluardarichip dansekaligusmembacasinyal yang masukkedalam chip.

Programmable Switch Matrix (PSM) • PSM merupakanpenghubung yang bisadiatursedemikianrupauntukmenghubungkanantar CLB dan CLB denganIOB secarahorizontal maupunsecaravertikal. • Dapatmengeluarkanfan out (kemampuanuntukmengirimkan data kebanyaksumberuntukdijadikan input sekaligus) untukmultiple output. • Jadi, output dari CLB yang satudapatdihubungkankeinput CLB yang lainmelalui multiple PSM.

ProsesPemrogramanpada FPGA

Design Entry Schematic Entry Text Entry menggunakan VHDL (Verylog Hardware Definition Language)

Functional Simulation • Tujuan: memastikanrancanganrangkaianlogikabekerjasesuaikeinginandenganinput waveforms yang digunakan.

Synthesis • Optimasirangkaianlogikadalampenggunaangerbang. • Menghasilkannetlist yang merupakandaftar connection yang mendeskripsikankomponendanketerhubungankomponentersebut. Implementation • Meliputi: mapping, placing, and routing rancangansehinggadapatdiimplementasikanke IC FPGA sesuaiarsitekturdankonfigurasi pin IC FPGA tersebut.

Timing Simulation • Verifikasirangkaianapakahsudahbekerjapadafrekuensi yang diinginkandantidakadapropagation delay.

Device Programming • Membuatbitstream yang merepresentasikanrancanganakhirdanakandikirimke target device.

Pemrograman Devais FPGA (Field Programmable Gate Array)