Pemrograman Devais FPGA (Field Programmable

Pemrograman Devais FPGA
(Field Programmable Gate Array)
AQWAMROSADI K.
Apa itu FPGA?
• FPGA adalah suatu IC program logic dengan
arsitektur seperti susunan matrik sel-sel logika
yang dibuat saling berhubungan satu sama lain.
• Memiliki jalur – jalur I/O FPGA yang memadai.
• Mempunyai banyak gate: 5000 s/d juta-an gate
• Kecepatan ~100 MHz
• Memiliki sifat Programmable tapi, bersifat
Volatile.
• Programmable
– User dapat memakai IC digital secara berulangulang untuk menyesuaikan program yang akan
didownload ke dalam FPGA.
• Volatile
– Jika listrik mati maka secara otomatis fungsi
FPGA akan hilang, artinya data yang telah
diproses dan didownload akan hilang
semuanya.
Mengapa menggunakan FPGA?
• Memiliki kemampuan untuk menangani beban
komputasi yang begitu berat.
• Menghilangkan tugas-tugas intensif dari
Digital Signal Processing.
• Kustomisasi arsitektur agar sesuai dengan
algoritma ideal.
• Mengurangi biaya sistem.
• Efisiensi biaya.
Teknologi FPGA berawal dari?
• PROM (Programmable Read Only Memory)
• EPROM (Erasable Programmable Read Only
Memory)
• EEPROM (Electrically Erasable Programmable
Read Only Memory)
• FLASH
• SRAM (Static Random Access Memory)
Teknologi yang berhubungan dengan
FPGA
•
•
•
•
•
•
•
Transistor,
IC (Integrated Circuit),
SRAM (Static Random Access Memory),
DRAM (Dynamic Random Access Memory),
SPLD (Simple Programmable Logic Devices),
CPLD (Complex Programmable logic Devices),
ASIC
Programmable Logic Device (PLD)
• PLD adalah chip general-purpose yang digunakan
untuk mengimplementasikan rangkaian logika
(kombinasional).
• PLD merupakan komponen elektronik yang dapat
digunakan untuk membangun rangkaian digital
sesuai
dengan
keinginan
perancang.
PLD
menghubungkan beberapa gerbang logika yang
diatur oleh perancang hardware.
Programmable Logic Device (PLD)
• Berdasarkan jumlah gerbang logika yang dimiliki, PLD
dapat dibagi atas tiga tipe,
PLD
SPLD
PLA
CPLD
PAL
FPGA
Simple Programmable Logic Devices
(SPLD)
• SPLD merupakan alat dengan gerbang AND yang
dihubungkan dengan gerbang OR atau gerbang lain
yang sejenis.
• Gerbang-gerbang ini dapat diatur sedemikian rupa
oleh pemakai.
• SPLD dapat diprogram dengan fusible link, antifuse,
EPROM, EEPROM, atau flash.
PLA (Programmable Logic Array)
• Merupakan pengembangan pertama dari PLD.
• Struktur PLA:
Skematik PLA
Programmable Array Logic (PAL)
• Di PLA, plane AND dan OR keduanya programmable.
• Programmable Array Logic (PAL), lebih sederhana:
– Plane OR tetap.
– PAL lebih mudah untuk dimanufaktur dan dapat
beroperasi lebih cepat daripada PLA.
– Struktur ini paling banyak digunakan di aplikasi
yang menggunakan programmable device
sederhana.
Skematik PAL
Programmable Array Logic (PAL)
• Device PAL mempunyai rangkaian tambahan di keluaran
tiap gerbang OR untuk menyediakan fungsional tambahan:
– Macrocell: gerbang OR dikombinasikan dengan
rangkaian tambahan.
– PAL = plane AND + macrocell
Complex Programmable Logic Device
(CPLD)
• CPLD adalah gabungan dari beberapa SPLD
yang dihubungkan oleh Programmable
Switching Matrix.
• Jadi, CPLD merupakan sebuah programmable
logic device dengan kompleksitas antara
Programmable Array Logic (PAL) dan FPGA.
Karakteristik CPLD
• CPLD memiliki sifat non-volatile yang diadopsi
dari PAL.
• Memiliki banyak gerbang yang diadopsi dari
FPGA, meskipun gerbang PAL tidak sebanyak
FPGA.
• Jumlah gerbang yang terdapat pada IC CPLD
berkisar antara ribuan sampai ratusan ribu
gerbang logika.
Arsitektur CPLD
Logic Block memiliki macrocell yang terdiri
dari sebuah SPLD dan sebuah flip-flop.
I/O Block merupakan bagian pada CPLD
yang digunakan sebagai interface data
yang akan masuk dan keluar pada CPLD.
Programmable Interconnect digunakan
sebagai penghubung antar macrocell atau
antara macrocell dengan I/O Block.
Application-Specific Integrated Circuit
(ASIC)
• ASIC adalah IC yang hanya digunakan pada keperluan
tertentu , kompleksitas IC ini cukup tinggi jadi tidak
muat pada CPLD .
Field Programmable Gate Array
(FPGA)
• Untuk mengimplementasikan rangkaian yang lebih besar
lagi, digunakan tipe IC yang dapat mempunyai kapasitas
logika yang lebih besar:
– Field Programmable Gate Array (FPGA)
• Tidak berisi blok AND dan OR.
– Tapi, berisi array blok logika dan jalur interkoneksi antar
blok.
– Jalur interkoneksi disusun sebagai kanal routing secara
horisontal dan vertikal yang berisi programmable switch.
• Dapat mengimplementasikan fungsi logika dengan jumlah
gerbang ekivalen jutaan.
Field Programmable Gate Array
(FPGA)
Terdiri dari:
• Configurable Logic
Blocks (CLB).
• Input/Output Blocks
(IOB).
• Programmable Switch
Matrix (PSM)
Configurable Logic Blocks (CLB)
• CLB merupakan blok untuk membangun
komponen-komponen combinational/sequential.
• Untuk dapat membentuk CLB dibutuhkan truth
table dalam membangun jalur logika.
Input/Output Blocks (IOB)
• IOB merupakan blok yang digunakan untuk
mengirimkan sinyal keluar dari chip dan
sekaligus membaca sinyal yang masuk ke
dalam chip.
Programmable Switch Matrix (PSM)
• PSM merupakan penghubung yang bisa diatur
sedemikian rupa untuk menghubungkan antar CLB
dan CLB dengan IOB secara horizontal maupun
secara vertikal.
• Dapat mengeluarkan fan out (kemampuan untuk
mengirimkan data ke banyak sumber untuk dijadikan
input sekaligus) untuk multiple output.
• Jadi, output dari CLB yang satu dapat dihubungkan ke
input CLB yang lain melalui multiple PSM.
Proses Pemrograman pada FPGA
Design Entry
Text Entry menggunakan
VHDL (Verylog Hardware
Definition Language)
Schematic Entry
Functional Simulation
• Tujuan: memastikan rancangan rangkaian logika
bekerja sesuai keinginan dengan input waveforms
yang digunakan.
Synthesis
• Optimasi rangkaian logika dalam penggunaan
gerbang.
• Menghasilkan netlist yang merupakan daftar
connection yang mendeskripsikan komponen dan
keterhubungan komponen tersebut.
Implementation
• Meliputi: mapping, placing, and routing rancangan
sehingga dapat diimplementasikan ke IC FPGA sesuai
arsitektur dan konfigurasi pin IC FPGA tersebut.
Timing Simulation
• Verifikasi rangkaian apakah sudah bekerja
pada frekuensi yang diinginkan dan tidak ada
propagation delay.
Device Programming
• Membuat bitstream yang merepresentasikan
rancangan akhir dan akan dikirim ke target
device.