FPGA Nedir?

Milivolt.news olarak, elektronik ve bilgisayar alanında, bilinmesi ve anlaşılması gerekli temel kavramlar hakkında yazılar eklemeye devam ediyoruz. Bu yazımızda FPGA konusuna genel bir bakış yapacağız.

FPGA (Field Programmable Gate Array), programlanabilir mantık kapısı dizisi olarak da bilinen, özelleştirilebilir dijital devrelerdir. Bu cihazlar, birçok karmaşık mantık işlevinin gerçekleştirilmesini sağlayan bir dizi programlanabilir mantık bloğu (PLB) içerir. Bu bloklar, kullanıcıların isteğine bağlı olarak programlanabilir ve konfigüre edilebilir.

FPGA'lar, özelleştirilmiş bir işlemci veya ASIC tasarımına kıyasla daha düşük bir üretim maliyetine sahip olabilirler, çünkü FPGA'lar birçok farklı uygulamada kullanılabilirler. Aynı FPGA cihazı, bir dizi farklı mantıksal işlevi gerçekleştirmek için programlanabilir. Bu özellik, FPGA'ları birçok farklı uygulamada kullanılabilir hale getirir, örneğin video işleme, sinyal işleme, veri kayıt, haberleşme, kontrol sistemleri ve diğer birçok uygulama.

FPGA'lar, programlanabilir doğaları nedeniyle, tasarımın farklı yönlerini hızla değiştirmek için kullanılabilirler. Ayrıca, FPGA'lar, işlemci tasarımı için kullanılabilecek yazılım dilleriyle programlanabilir. Bu, FPGA'ların, daha önce işlemci tasarımı konusunda deneyimi olmayan kişiler için bile kullanımının kolay olmasını sağlar.

FPGA bir CPU türü müdür?

FPGA bir CPU (Central Processing Unit) değildir. FPGA'lar, programlanabilir bir mantık devresidir ve kendilerine özgü tasarım ve programlama yöntemleri ile çalışırlar. Bir FPGA, binlerce veya milyonlarca mantık hücresinden ve programlanabilir bağlantılardan oluşur. Bu mantık hücreleri ve bağlantılar, tasarımcıların ihtiyaçlarına göre programlanabilir ve yapılandırılabilir, böylece farklı uygulamalara özgü işlevler gerçekleştirebilirler.

Bir CPU ise, temel olarak programlanmış bir mikro işlemcidir ve belirli bir işlemci mimarisine sahiptir. CPU, bir işletim sistemi üzerinde çalışır ve çeşitli görevleri gerçekleştirir, örneğin veri işleme, hesaplama ve bellek yönetimi gibi. CPU, önceden belirlenmiş görevleri yerine getiren bir genel amaçlı işlemci olarak tasarlanmıştır.

FPGA'lar, CPU'lardan farklı olarak, programlanabilir bir mantık devresi olarak özelleştirilebilir ve farklı uygulamalar için özelleştirilebilir. Bu nedenle, FPGA'lar ve CPU'lar arasında bazı temel farklılıklar vardır.

Bir FPGA içinde ADC var mıdır?

Bazı FPGA'lar, entegre ADC (Analog-Digital Converter) özelliklerine sahip olabilir. Bu FPGA'lar, analog sinyalleri doğrudan dijital sinyallere dönüştürebilir ve FPGA içindeki programlanabilir mantık devreleriyle işleyebilirler. Ancak, her FPGA'da entegre ADC özellikleri olmayabilir ve bazı FPGA'larda, analog sinyalleri işlemek için ayrı bir ADC cihazına ihtiyaç duyulabilir.

FPGA'lar, genellikle dijital işleme uygulamaları için kullanılır ve analog sinyalleri işlemek için harici ADC'ler veya diğer analog işleme cihazları kullanılır. Bu, FPGA'ların tasarımını ve kullanımını genişletir ve daha çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir. Örneğin, bir FPGA, bir sistemdeki analog ve dijital işleme cihazları arasındaki arabirimlerin yönetimi için kullanılabilir ve ADC gibi diğer cihazlarla birlikte çalışabilir.

FPGA’lar nasıl Programlanır?

FPGA'lar, tasarımın farklı yönlerini programlamak için kullanılan farklı programlama dilleri ve araçları ile programlanabilir. Bunlardan bazıları şunlardır:

VHDL (VHSIC Hardware Description Language) ve Verilog: FPGA'ların tasarım ve programlamasında en yaygın olarak kullanılan dillerden ikisi. Bunlar, tasarımın farklı yönlerini belirlemek için kullanılan birçok yüksek seviye sentaksı içerir.

C, C++, ve SystemC: Bu diller, FPGA tasarımında kullanılan yüksek seviyeli bir yaklaşımdır. Bu diller, daha önce işlemci tasarımı konusunda deneyimi olmayan kullanıcıların bile FPGA programlama yapmasına olanak tanır.

MATLAB/Simulink: MATLAB, özellikle sinyal işleme ve veri analizi gibi uygulamalarda kullanılan bir matematiksel hesaplama aracıdır. Simulink, sistem modelleme ve simülasyon aracıdır. Bu araçlar, FPGA tasarımının farklı yönlerini belirlemek için kullanılabilir.

Quartus, Vivado, ISE ve Libero: FPGA tasarımının sentezi, yerleştirme ve yönlendirmesi için kullanılan araçlardan bazıları. Bu araçlar, FPGA'nın tasarım sürecini basitleştiren bir dizi otomatik araç sunar.

FPGA’lar ile Gerçek hayat uygulamalarına örnekler

FPGA'lar birçok gerçek hayat uygulamasında kullanılır. İşte bazı örnekler:

Otomotiv: FPGA'lar, otomotiv endüstrisinde sürücü destek sistemleri, kör nokta uyarı sistemleri, araç elektroniği, motor kontrolü ve akıllı far kontrolü gibi birçok uygulamada kullanılır.

Havacılık ve Uzay: FPGA'lar, uçaklarda, insansız hava araçlarında (İHA'lar), uydu ve roketlerde kullanılır. Uçuş kontrol sistemleri, iletişim, radar, görüntü işleme, veri depolama ve teşhis sistemleri gibi birçok uygulama için uygun bir seçenektir.

Endüstriyel Otomasyon: FPGA'lar, endüstriyel otomasyon uygulamalarında sıklıkla kullanılır. Otomasyon sistemlerinin kontrolü, hareket kontrolü, görüntü işleme ve sensör verilerinin işlenmesi gibi birçok görev için uygun bir seçenektir.

Tıbbi Cihazlar: FPGA'lar, manyetik rezonans görüntüleme (MRI) cihazları, ultrason cihazları, kan şekeri ölçerler, kalp monitörleri ve diğer tıbbi cihazların kontrol ve işlemesi için kullanılır.

Telekomünikasyon: FPGA'lar, telekomünikasyon ekipmanlarında kullanılır. Fiber optik iletişim, kablosuz ağlar, mobil cihazlar, ses ve görüntü işleme sistemleri ve iletişim protokolleri için kullanılabilir.

Yapay Zeka: FPGA'lar, makine öğrenmesi ve yapay zeka uygulamalarında kullanılır. Veri işleme, nesne tanıma, görüntü işleme ve diğer yapay zeka görevleri için uygun bir seçenektir.

Son olarak, bazı FPGA çip üreticilerinin listesini de vererek yazımızı tamamlayalım:

FPGA üreticisi şirketlerden 10 tanesi şunlardır:

Xilinx

Intel (eskiden Altera olarak biliniyordu)

Lattice Semiconductor

Microchip Technology (eskiden Atmel olarak biliniyordu)

Achronix Semiconductor

QuickLogic Corporation

Actel Corporation (Microsemi Corporation tarafından satın alındı)

Cypress Semiconductor

SiliconBlue Technologies (Lattice Semiconductor tarafından satın alındı)

Tabula (Intel tarafından satın alındı)