FPGAという用語はFieldProgrammable Gate Arrayの略で、その1つのタイプです。半導体ロジックチップ PLDと同様に、ほぼすべての種類のシステムまたはデジタル回路になるようにプログラムできます。 PLDSは数百のゲートに制限されていますが、FPGAは数千のゲートをサポートしています。 FPGAアーキテクチャの構成は、一般に、ASIC（特定用途向け集積回路）に使用される言語と同様の言語、つまりHDL（ハードウェア記述言語）を使用して指定されます。

フィールドプログラマブルゲートアレイ

FPGAは、標準セルなどの固定機能ASICテクノロジに比べて多くの利点を提供できます。通常、ASICの製造には数か月かかり、デバイスの入手にかかる費用は数千ドルになります。しかし、FPGAは1秒未満で製造され、コストは数ドルから数千ドルになります。FPGAの柔軟な性質は、かなりのコスト領域、消費電力、および遅延を伴います。標準セルASICと比較すると、 FPGAは20〜35倍の面積を必要とし、速度のパフォーマンスはASICの3〜4倍遅くなります。この記事では、FPGAの基本と、I / Oパッド、ロジックブロック、スイッチマトリックスを含むFPGAアーキテクチャモジュールについて説明します。 FPGAは、VLSIの新しいトレンド分野の一部です。したがって、これらはで使用されます電子工学の学生のためのVLSIベースのプロジェクト。

“導体と絶縁体の特性 ”

FPGAアーキテクチャ

一般的なFPGAアーキテクチャは、3種類のモジュールで構成されています。それらは、I / Oブロックまたはパッド、スイッチマトリックス/相互接続ワイヤ、および構成可能ロジックブロック（CLB）です。基本的なFPGAアーキテクチャには、ユーザーがロジックブロック間の相互接続を調整する手段を備えたロジックブロックの2次元配列があります。 FPGAアーキテクチャモジュールの機能について以下で説明します。

CLB（構成可能ロジックブロック）には、デジタルロジック、入力、出力が含まれます。ユーザーロジックを実装します。
相互接続は、ユーザーロジックを実装するためのロジックブロック間の方向を提供します。
ロジックに応じて、スイッチマトリックスは相互接続間のスイッチングを提供します。
さまざまなアプリケーションと通信するために外界で使用されるI / Oパッド。

FPGAアーキテクチャ

ロジックブロックには MUX（マルチプレクサ）、DフリップフロップおよびLUT。 LUTは、MUXが選択ロジックに使用される組み合わせ論理関数を実装し、DフリップフロップはLUTの出力を格納します。

FPGAの基本的な構成要素は、ルックアップテーブルベースの関数発生器です。 LUTへの入力の数は、実験後は3,4、6、さらには8まで変化します。これで、2つの関数発生器を実装して単一のLUTごとに2つの出力を提供する適応型LUTができました。

FPGAロジックブロック

ザイリンクスVirtex-5は最も人気のあるFPGAであり、MUXに接続されたルックアップテーブル（LUT）と、前述のフリップフロップが含まれています。現在のFPGAは、約数百または数千の構成可能なロジックブロックで構成されています。 FPGAを構成するために、ModelsimおよびザイリンクスISEソフトウェアを使用してビットストリームファイルを生成し、開発します。

アプリケーションに基づくFPGAのタイプ

フィールドプログラマブルゲートアレイは、ローエンドFPGA、ミッドレンジFPGA、ハイエンドFPGAなどのアプリケーションに基づいて3つのタイプに分類されます。

“説明付き電源回路図 ”

FPGAの種類

ローエンドFPGA

これらのタイプのFPGAは、低消費電力、低ロジック密度、およびチップあたりの複雑さを低減するように設計されています。ローエンドFPGAの例としては、アルテラのCycloneファミリ、ザイリンクスのSpartanファミリ、Microsemiのfusionファミリ、LatticeSemiconductorのMachXO / ICE40があります。

ミッドレンジFPGA

これらのタイプのFPGAは、ローエンドFPGAとハイエンドFPGAの間の最適なソリューションであり、パフォーマンスとコストのバランスとして開発されています。ミッドレンジFPGAの例としては、アルテラのArria、XlinixのArtix-7 / Kintex-7シリーズ、MicrosemiのIGL002、ラティスセミコンダクターのECP3およびECP5シリーズがあります。

ハイエンドFPGA

これらのタイプのFPGAは、ロジック密度と高性能のために開発されました。ハイエンドFPGAの例としては、アルテラのStratixファミリ、ザイリンクスのVirtexファミリ、AchronixのSpeedster 22iファミリ、MicrosemiのProASIC3ファミリがあります。

“ソーラーパネル充電コントローラー回路図 ”

FPGAのアプリケーション：

FPGAは、幅広いアプリケーションに役立つため、過去10年間で急速な成長を遂げてきました。 FPGAの特定のアプリケーションには、デジタル信号処理、バイオインフォマティクス、デバイスコントローラー、ソフトウェア無線、ランダムロジック、ASICプロトタイピング、医療イメージング、コンピューターハードウェアエミュレーション、複数のSPLDの統合が含まれます。音声認識、暗号化、フィルタリング、通信エンコーディングなど。

通常、FPGAは、生産量が少ない特定の垂直アプリケーション向けに保持されます。これらの少量のアプリケーションの場合、トップ企業はユニットあたりのハードウェアコストを支払います。今日、新しいパフォーマンスのダイナミクスとコストにより、実行可能なアプリケーションの範囲が広がりました。

FPGAのアプリケーション

より一般的なFPGAアプリケーションには、航空宇宙および防衛、医療用電子機器、ASICプロトタイピング、オーディオ、自動車、放送、家庭用電化製品、分散型通貨システム、データセンター、ハイパフォーマンスコンピューティング、産業用、医療用、科学機器、セキュリティシステム、ビデオおよび画像処理、有線通信、無線通信。

FPGAベースのプロジェクトのアイデア：

これは、工学部の最終学年の学生向けにVerilogHDLおよびVHDLを実験するためのFPGAベースのプロジェクトアイデアのリストです。ザ・電子プロジェクトのアイデアのリスト FPGAに基づくものを以下に示します。

FPGAベースのプロジェクトのアイデア

FPGAに基づくセキュリティログインシステム
FPGAベースのデジタル補聴器AIDチップ
FPGAベースのリアルタイム画像特徴抽出アーキテクチャ
FPGAベースのMp4デコーダーの設計と実装
FPGAベース信号制御システム設計と実装
コーディックアルゴリズムを使用したパルス圧縮用のFPGAベースの高周波キャリア生成
マクロゲートと混合LUTを使用したプログラマブルロジックブロックの設計と合成
特定のDSPタスクのためのアプリケーション固有の命令セットプロセッサの設計、実装、および調査
WCDMAアップリンク受信機の同期ユニットの設計と実装
IEEE 802.16e（モバイルWiMAX）用のFFTアルゴリズムのFPGA実装
FPGAベースの設計 GPS（全地球測位システム） -GSM（Global Systems for Mobiles）モバイルナビゲーター
スペースベクトル PWM（パルス幅変調） 3レベルコンバータ用：LabVIEW実装
高性能組み込み処理のためのプログラム可能なマルチプロセッサプラットフォームの設計と実装
FPGA向けの高性能プロセッサ最適化拡張と改善
LabVIEWFPGAを使用したフィールド指向制御の開発と評価
の直接デジタル周波数合成 FPGA
高性能組み込み処理のためのマルチプロセッサプラットフォームの設計とプログラム
FPGAを使用したフィールドプログラマブルカウンタアレイの宇宙探査の設計と統合
ニュートリノトラック検出用のIcecube望遠鏡のFPGA実装
ファームウェアでの3Dディスプレイの画像補間
MIMOSphereシステムのアーキテクチャと実装
スーパースカラー電力効率の高いFFT（高速フーリエ変換）アーキテクチャ
線形フィードバックシフトレジスタ（LFSR）低電力BISTの電力最適化

この記事に貴重な時間を費やした後、FPGAアーキテクチャについて、FPGAベースのプロジェクトアイデアから選択したプロジェクトトピックを選択することについて、良いアイデアが得られたと思います。また、トピックを取り上げるのに十分な自信があることを願っています。リストから。これらのプロジェクトの詳細とヘルプについては、以下のコメントセクションにご連絡ください。

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