Programmazione FPGA: il futuro della progettazione hardware

La programmazione FPGA (Field-Programmable Gate Array) sta rapidamente emergendo nel mondo dell’elettronica informatica come rappresentante del futuro nella progettazione hardware. L’FPGA apre in questo modo nuove possibilità, e sfida i limiti delle tradizionali soluzioni hardware ASIC. In questo contesto, VT100.srl si distingue come un’azienda all’avanguardia, con esperti specializzati in questa nuova tecnologia.

Le soluzioni offerte sono estremamente all’avanguardia, grazie al loro alto livello di personalità, e si rivelano in grado di rispondere a moltissime esigenze in disparati campi, dalla meccanica, al medico, fino alla robotica.

Cos’è la programmazione FPGA

FPGA è un acronimo che sta per Field Programmable Gate Array e riguarda dispositivi a semiconduttori suddivisi in blocchi logici configurabili (CLB), in grado di definire le funzioni dopo la sua fabbricazione. In altre parole, questi dispositivi consentono di programmare specifiche funzioni e caratteristiche del prodotto, permettendo inoltre la riconfigurazione dell’hardware dei CLB per applicazioni specifiche, anche dopo il suo rilascio.

Un FPGA è composto da una rete bidimensionale di porte logiche e registri collegati tra loro. I componenti fondamentali comprendono quindi la porta logica, che esegue operazioni di base su un dato in ingresso, e il registro, che memorizza i dati elaborati fino all’ingresso del dato successivo.

La programmazione di un FPGA avviene tramite strumenti software di alto livello, che consentono ai progettisti di specificare le funzioni dei blocchi e generare un file di descrizione dell’hardware da inserire nel progetto FPGA complessivo.

Successivamente, si procederà invece alla compilazione del progetto HDL, così da riuscire ad ottenere un file di programmazione che configura l’FPGA al momento dell’accensione. In altre parole, si tratta di una mappatura del codice HDL che viene fatta ai componenti fisici del dispositivo FPGA.

Infine, dopo la fase di compilazione, si procede alla verifica e test del codice, così da correggere eventuali errori, prima di procedere come ultimo passaggio al caricamente nell’FPGA per un hardware personalizzato che soddisfi le esigenze specifiche dell’utente.

In questo modo, si ha possibilità di descrivere una rete di porte logiche, connessioni e registri del tutto personalizzata, in base a quello che desidera il progettista per l’FPGA, anche successivamente all’inserimento dell’hardware nel settore (e ciò consente, inoltre, anche modifiche e migliorie).

Ci sono differenze tra FPGA, ASIC e CPLD?

I dispositivi programmabili CPLD (Complex Programmable Logic Device) e FPGA condividono la caratteristica della programmabilità, ma la differenza sostanziale tra questi due tipologie di hardware è nell’architettura. I CPLD, infatti, sono dotati di porte AND e OR senza registri, adatti a specifiche applicazioni che richiedono alte velocità, bassi costi o funzioni di raccordo tra dispositivi complessi.

La maggiore differenza si può trovare invece tra gli FPGA e gli ASIC (Application Specific Integrated Circuit), ovvero circuiti integrati personalizzati per un utilizzo specifico. Gli ASIC hanno la caratteristica di avere funzioni definite durante la fabbricazione e non possono poi essere modificate successivamente, mentre gli FPGA offrono la flessibilità di aggiornare le funzioni anche dopo la loro fabbricazione.

Il vantaggio principale di quest’ultimi, possiamo dire, si trova nella possibilità di una progettazione più rapida, con meno rischio di errori, sebbene consumino più potenza degli ASIC. Inoltre, è una caratteristica principale degli FPGA quella di poter essere programmati anche dall’utente finale, mentre gli ASIC richiedono un intervento di un progettista esperto, rendendoli più costosi alla fine.

In quali campi è applicabile?

I chip FPGA possono essere programmati in maniera personalizzata e su misura, per questo sono ottimi in qualsiasi realtà aziendale che abbia necessità di avere elevate prestazioni e complessità delle schede elettroniche. Questi dispositivi possono talvolta essere accompagnati da memorie RAM esterne o microprocessori, che vengono selezionati e programmati sempre in base alle specifiche del cliente.

I settori in cui questa tecnologia è applicabile sono, perciò, svariati: dalle reti di comunicazione, i sistemi DAC ad alta precisione e automazione industriale, ma anche nel comparto medico, nella robotica, nei sistemi di controllo dei motori industriali, nelle interfacce digitali seriali per la trasmissione di segnali TV e, infine, ha applicazioni anche nel campo della telefonia wireless.

In conclusione

La programmazione FPGA rappresenta il futuro della progettazione hardware nell’ambito dell’elettronica informatica, in quanto si adattano a una vasta gamma di settori, tra cui la meccanica, il medico e la robotica. La loro versatilità e flessibilità li rendono ideali per applicazioni che richiedono elevate prestazioni e complessità. I chip FPGA sono, quindi, in grado di offrire possibilità uniche, aprendo la strada a una nuova era di progettazione hardware personalizzata.