Công nghệ phát triển mang lại nhiều ứng dụng mới cho cuộc sống hiện đại. Trong lĩnh vực linh kiện điện tử, các con chip, bo mạch không ngừng được cải tiến, mang đến nhiều đột phá. FPGA là một linh kiện điện tử quan trọng sử dụng cho nhiều thiết bị, có tính ứng dụng cao. Thuật ngữ FPGA khá xa lạ với nhiều người. Chia sẻ dưới đây sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về FPGA là gì? Nguyên lý hoạt động cùng công dụng của FPGA?
Tìm hiểu FPGA là gì? Đặc điểm của FPGA là gì?
Ứng dụng của FPGA ngày càng phổ biến trong lĩnh vực điện tử. Hiểu FPGA là gì? Sẽ giúp người dùng sử dụng và chọn mua thiết bị hiệu quả.
FPGA là gì?
FPGA (Field Programmable Gate Array) là vi mạch xử lý được xây dựng trên cấu trúc mảng phân tử logic. Hay thiết bị bán dẫn được thiết kế dựa trên ma trận các Configurable Logic Blocks. Theo đó, phần lớn các chức năng của FPGA được thay đổi bởi các kỹ sư thiết kế.
FPGA thuộc về lĩnh vực logic khả trình hay phần cứng có thể lập trình. Vi mạch FPGA không tự làm bất cứ điều gì, nhưng có thể thiết kế thành bất kỳ mạch kỹ thuật số nào được yêu cầu.
Đặc điểm của FPGA như thế nào?
Là loại chip điện tử đặc biệt, FPGA có những đặc điểm riêng nổi bật như:
- Cấu tạo FPGA được xác định bởi mảng cách mạch con kỹ thuật số ghép nối tiếp với nhau. Đặc điểm này tạo nên tính linh hoạt của chip FPGA, có thể thay đổi chức năng.
- FPGA lưu trữ thông tin cấu hình trong 1 không gian có thể lập trình lại như RAM tĩnh hoặc bộ nhớ Flash.
Kiến trúc của FPGA như thế nào?
Kiến trúc của FPGA có thể khác nhau tùy vào từng nhà sản xuất. Cụ thể, cấu trúc chung của một FPGA có thể bao gồm các thành phần sau:
- Khối logic có thể lập trình: Cấu trúc khối logic này có thể được hình thành từ hàng trăm nghìn đến hàng triệu bóng bán dẫn. Các thành phần logic gồm: cặp bóng bán dẫn, bảng tra cứu, logic điều khiển…
- Khối I/O có thể lập trình: Kết nối các khối logic với các thành phần bên ngoài bằng chân kết nối.
- Tài nguyên kết nối có thể lập trình: Cụ thể chúng là những kết nối điện có thể lập trình, cung cấp đường dẫn định tuyến với độ dài khác nhau.
▷ Xem thêm: Chất bán dẫn là gì? Nguyên lý hoạt động trong dòng điện và hạt tải điện.
Lợi ích khi sử dụng FPGA mang lại
FPGA được sử dụng khá nhiều, bởi chúng mang lại nhiều giá trị lợi ích cho thiết bị điện tử, cụ thể như sau:
- FPGA ngày nay tích hợp nhiều chức năng, bộ xử lý trên cùng 1 con chip. Điều này giúp tối giản các linh kiện trên bảng mạch, tiết kiệm không gian, giảm sự cố hỏng hóc.
- Độ linh hoạt của FPGA cao, với chức năng của chip xử lý có thể thay đổi sau mỗi lần khởi động. Khả năng tái cấu hình kiến trúc, cho phép kỹ sư thiết kế có thể lập trình lại FPGA theo yêu cầu.
- Khả năng tăng tốc sản xuất và đưa vào sử dụng. Các hãng thiết kế FPGA xuất xưởng hệ thống ngay và chứng minh được khả năng hoạt động tốt của thiết bị.
- Tính năng sẵn có về lâu dài: FPGA mang lại sự độc lập với các nhà sản xuất thành phần. Bởi chức năng của FPGA không nằm trong Module mà nằm trong cấu trúc và có thể lập trình mà không cần yêu cầu điều chỉnh.
Nguyên lý hoạt động của FPGA như thế nào?
Cấu trúc của FPGA đã được làm rõ. Vậy, nguyên lý hoạt động của chip xử lý FPGA diễn ra như thế nào?
Cách hoạt động của FPGA khá đơn giản: Một cấu hình được load vào module logic và được xử lý như bất cứ chip xử lý nào hiện có trên thị trường. Thông tin được truyền tải bằng kênh định tuyến. Cấu hình dựa trên RAM của FPGA cho phép thiết bị được thiết kế lại nhiều lần, với số lần không giới hạn.
Phân loại FPGA hiện có trên thị trường
Hiện nay, FPGA được phát triển thành nhiều loại, với cấu trúc khác nhau tùy nhà sản xuất. Cụ thể các dòng FPGA được phân loại dựa trên cách sắp xếp Block hoặc theo công nghệ lập trình.
- FPGA cấu trúc mảng đối xứng: Cấu trúc này được hình thành từ hàng và cột của các khối logic được liên kết với nhau, bao quang bởi block đầu vào và đầu ra.
- FPGA cấu trúc hàng: Sự sắp xếp xen kẽ các hàng block và tài nguyên kết nối có thể lập trình được, với block đầu và đầu ra dọc theo cạnh.
- PLD phân cấp: Cấu trúc phức tạp nhất trong 3 loại, được tạo thành từ các block logic kết nối với nhau. Với các block logic chứa module logic, các phần tử có chức năng tổ hợp và tuần tự.
Tìm hiểu kỹ bạn sẽ hiểu FPGA là một loại vi mạch được xây dựng trên cấu trúc logic, với tính ứng dụng cao. Chip vi mạch FPGA mang lại nhiều lợi ích cho thiết bị điện tử, hơn các dòng chip thông thường. Hy vọng những chia sẻ trên đây sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về vi mạch điện tử FPGA và chức năng nhiệm vụ của chúng.
