6. Điểm: (Bằng chữ: )
3.3.2. Giới thiệu FPGA Cyclone II EP2C5T144C8
a. Sơ lược về FPGA
FPGA được thiết kế và tạo ra bởi Ross Freeman, người sáng lập công ty Xilinx vào năm 1984, FPGA với cấu trúc cho phép tích hợp số lượng lớn các phần tử bán dẫn vào một vi mạch. FPGA có khả năng chứa từ 100.000 đến hàng trăm ngàn cổng logic. FPGA có các phần tử logic chạy theo dạng song song, vi điều khiển dựa trên cấu trúc CPU thực thi theo mã lệnh theo dạng tuần tự.
FPGA được viết tắt bởi cụm từ “Field-programmable gate array”: là một
loại mạch tích hợp cỡ lớn dùng cấu trúc mảng phần tử logic mà người dùng có thể lập trình được. Một vi mạch FPGA cấu tạo gồm các bộ phận:
Các khối logic cơ bản có thể lập trình được
Hệ thống mạch liên kết lập trình được
Khối vào ra I/O
Các phần tử thiết kế sẵn khác như Ram, Rom, nhân vi xử lý,…
FPGA cũng được xem như một loại vi mạch bán dẫn chuyên dụng như ASIC, nhưng nếu so sánh FPGA với ASIC thì FPGA không đạt tối ưu như ASIC nhưng FPGA có ưu điểm hơn là có thể tái cấu trúc lại khi đang sử dụng. Ngoài ra hiện nay FPGA còn hỗ trợ tái cấu trúc một bộ riêng lẻ trong khi vẫn đảm bảm bảo hoạt động bình thường cho các bộ phận khác.
Việc nạp chương trình cho FPGA với số lần là không giới hạn, tuy nhiên dữ liệu (chương trình) nạp cho FPGA sẽ bị mất khi ngừng cấp nguồn giống như RAM trong máy tính. Như vậy, mỗi lần ngắt nguồn và khi bật lại thì phải nạp lại cho FPGA. Muốn lưu giữ chức năng đã lập trình cho FPGA thì phải gắn thêm ROM ngoài, ROM sẽ có nhiệm vụ lưu file và tự động nạp lại cho FPGA mỗi khi có nguồn trở lại. FPGA có nhiều tài nguyên định tuyến đặc biệt để thực hiện các chức năng toán học như các bộ đếm, bộ cộng, bộ so sánh,…
b. Ứng dụng của FPGA
FPGA được sử dụng trong các ứng dụng như xử lý tín hiệu số DSP, các hệ thống hàng không, vũ trụ, quốc phòng, phân tích nhận dạng ảnh, nhận dạng tiếng
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
30
nói… Do tính linh động cao, FPGA có thể giải quyết những bài toán phức tạp trong khoảng thời gian rất ngắn. Ngoài ra vì FPGA có số lượng cổng logic lớn nên được ứng dụng cho những bài toán đòi hỏi khối lượng tính toán lớn và dùng trong các hệ thống làm việc theo thời gian thực.
c. Giới thiệu Board FPGA Cyclone II EP2C5T144C8
Altera và Xilinx được biết đến là hai hãng nổi tiếng chuyên sản xuất các loại FPGA cung cấp cho thị trường toàn cầu. Tùy từng loại mà chúng có các đặc điểm phần cứng và giá thành tương ứng khác nhau. Ở đây nhóm sử dụng Board FPGA Cyclone II EP2C5T144C8 được bán khá phổ biến tại thị trường Việt Nam. Board mạch FPGA này có kích thước nhỏ gọn, chi phí thấp nhưng vẫn đảm bảo đáp ứng được nhu cầu thực hiện của đề tài.
Hình 3.4. Hình ảnh FPGA Cyclone II EP2C5T144C8.
Đặc điểm kỹ thuật cơ bản:
- Điện áp nguồn cung cấp: 5V - Điện áp chân I/O: 3.3V
- Tổng số phần tử logic (LEs): 4608 - Số chân I/O cho người dùng: 89 - Tổng bộ nhớ Ram: 119 808 bit.
- Số bộ nhân 9-bit (Embedded multipliers 9-bit elements): 26 - Tổng số PLL (phase-locked loop): 2
Việc sử dụng FPGA sẽ là một lợi thế để tái cấu trúc được phần cứng (mạng lưới các cổng logic) một cách dễ dàng bằng cách lập trình với phần mềm Altera
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
31
Quatus II, qua đó phù hợp cho mục đích nghiên cứu và phát triển tại các phòng thí nghiệm. Trong khi đó, việc sử dụng các linh kiện IC logic rời trên một board mạch in tuy có giá thành rẻ hơn nhưng lại không thể tái sử dụng cho các lần sau.