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FPGAs

Was sind FPGAs?

FPGA steht für "Field Programmable Gate Array" (anwenderprogrammierbares Gate-Array). Es sind kleine Halbleiter-Logikchips, die als integrierte Schaltkreise oder kurz ICs (Integrated Circuits) bezeichnet werden. FPGAs werden aus einer Basislogikzelle aufgebaut, die hunderte Male dupliziert wird. Sie sind über programmierbare Zwischenverbindungen verbunden. FPGAs können nach der Herstellung auf die gewünschten Anwendungs- oder Funktionsanforderungen umprogrammiert werden. Diese Eigenschaft unterscheidet FPGAs von anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs), die speziell für bestimmte Designaufgaben hergestellt werden

Woraus bestehen FPGAs?

Sie bestehen aus einem konfigurierbaren Logikblock, einer programmierbaren Schaltmatrix, E/A-Blöcken und Verbindungen.

  • Konfigurierbarer Logikblock- Ein konfigurierbarer Logikblock (auch CLB = Configurable Logic Block) besteht aus Lookup-Tabellen (LUTs), Flipflops und Multiplexern. Sie dienen der Implementierung komplexer Designfunktionen und zum Synchronisieren des Codes auf dem FPGA.
  • Programmierbare Schaltmatrix- Eine programmierbare Schaltmatrix (PSM) wird zur Steuerung der Verbindungen zwischen den konfigurierbaren Logikblöcken und den Eingangs-/Ausgangsblöcken verwendet. Die programmierbare Schaltmatrix verbindet jeden Block entsprechend dem Programmcode und verfügt über Schaltelemente mit sechs Durchgangstransistoren.
  • E/A-Blöcke- E/A-Blöcke sind Stifte, die als Eingangsstifte, Ausgangsstifte oder beides programmiert werden können.
  • Verbindungen- Verbindungen transportieren Signale über Drähte, um Ein- und Ausgänge an logische Blöcke anzuschließen.

Wie unterscheiden sich FPGAs von CPLDs?

Die Hauptunterschiede zwischen den beiden Geräten bestehen in ihrem Aufbau. CPLD-Geräte ist sehr strukturbeschränkt, sodass sie weniger flexibel sind. FPGAs hingegen haben eine sehr hohe Logikkapazität und können einfach programmiert werden, um jede Art von Digitalfunktion auszuführen.

FPGA-Anwendungen

Sie werden in vielen Anwendungen eingesetzt, z. B. in Radarsystemen, militärischer Hardware, medizinischen Geräten und Telekommunikationstechnologie. Aufgrund ihrer Neuprogrammierbarkeit sind FPGAs für eine Reihe von Lösungen geeignet. Sie können in jedem digitalen Stromkreis vorhanden sein, abhängig von der Anzahl der darin enthaltenen Logikblöcke. Techniker verwenden FPGAs häufig in der Prototypenentwicklung und in speziellen integrierten Schaltkreisen (ICs).

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