FPGA (Field Programmable Gate Array) merupakan sebuah IC yang terdiri dari blok blok logika yang interkoneksinya dapat diprogram. Dengan menggunakan FPGA dapat dilakukan perancangan sistem digital yang kemudian bisa menjadi prototype rancangan sistem yang akan dimanufaktur.
Di bawah ini adalah beberapa keunggulan FPGA:
• Performansi : kemampuan desin sistem yang dapat beroperasi pada frekuensi yang semakin tinggi.
• Kepadatan dan Kapasitas : kemampuan meningkatkan integrasi system, penempatan lebih banyak system di dalam sebuah chip, dan penggunaan seluruh gate yang ada di dalam FPGA yang membuat keefektifan harga perancangan.
• Mudah digunakan : kemampuan software yang mudah digunakan untuk perancangan dan kemampuan untuk menambahkan desain baru pada sistem di FPGA yang sama pada saat yang berbeda.
Xilinx menggunakan teknologi SRAM untuk menyimpan informasi pemrogramannya. Setelah FPGA diberikan catuan, data program yang mendefinisikan konfigurasi logika harus dimasukkan ke SRAM. Ada banyak cara untuk memasukkan informasi tersebut. Pada FPGA terdapat fungsi logika untuk memasukkan informasi ke FPGA dari sebuah PROM. Setelah informasi pemrograman tersebut dimasukkan, FPGA diubah dari mode pemrograman menjadi mode operasional. Logika tersebut akan berada di FPGA sampai FPGA diprogram ulang atau catuan dimatikan.
Field-Programmable Gate Array (FPGA) adalah komponen elektronika dan semikonduktor yang mempunyai komponen gerbang terprogram (programmable logic) dan sambungan terprogram. Komponen gerbang terprogram yang dimiliki meliputi jenis gerbang logika biasa (AND, OR, XOR, NOT) maupun jenis fungsi matematis dan kombinatorik yang lebih kompleks (decoder, adder, subtractor, multiplier, dll). Blok-blok komponen di dalam FPGA bisa juga mengandung elemen memori (register) mulai dari flip-flop sampai pada RAM (Random Access Memory).
FPGA jenis Altera StratixIVGX
Pengertian terprogram (programmable) dalam FPGA adalah mirip dengan interkoneksi saklar dalam breadboard yang bisa diubah oleh pembuat desain. Dalam FPGA, interkoneksi ini bisa diprogram kembali oleh pengguna maupun pendesain di dalam lab atau lapangan (field). Oleh karena itu jajaran gerbang logika (Gate Array) ini disebut field-programmable. Jenis gerbang logika yang bisa diprogram meliputi semua gerbang dasar untuk memenuhi kebutuhan yang manapun.
Secara umum FPGA akan lebih lambat jika dibandingkan dengan jenis chip yang lain seperti pada chip Application-Specific Integrated Circuit (ASIC). Hal ini karena FPGA menggunakan power/daya yang besar bentuk desain yang kompleks. Beberapa kelebihan dari FPGA antara lain adalah harga yang murah, bisa diprogram mengikuti kebutuhan, dan kemampuan untuk di program kembali untuk mengkoreksi adanya bugs. Jenis FPGA dengan harga murah biasanya tidak bisa diprogram dan dimodifikasi setelah proses desain dibuat (fixed-version). Chip FPGA yang lebih kompleks dapat diperoleh dari jenis FPGA yang dikenal dengan CPLD (Complex-Programmable Logic Device).
Disingkat dengan FPGA, merupakan salah satu CPU untuk keperluan khusus.
merupakan chip yang menggunakan transistor khusus (sel SRAM). Dengan menggunakan metode ini arah dari suatu perintah bisa diatur atau diprogram.
Chip pada FPGA ini merupakan chip yang dapat dikonfigurasi untuk menjalankan fungsi tertentu tanpa perlu melewati proses semi konduktor yang rumit dan mahal. Perangkat ini termasuk salah satu jenis Programming Logic Device (PLD), dimana FPGA mempunyai banyak kelebihan dibanding jenis-jenis PLD sebelumnya. Di antaranya adalah jenis dan jumlah gerbangnya yang sangat banyak (ribuan hingga ratusan ribu), kecepatannya yang sangat tinggi, mudah diprogram, dan dapat diprogram berkali-kali.
Pembuatan rangkaian digital dengan FPGA cukup menyenangkan dan menarik karena biasanya tersedia software yang multifungsi. Dengan software tersebut, kita dapat merancang dan menyimulasi rangkaian di komputer PC. Setelah itu me-loading rangkaian ke chip FPGA melalui port paralel LPT1. Perancangan rangkaian dapat kita lakukan dengan cara skematis, yang menggunakan simbol-simbol layaknya menggambar rangkaian digital di kertas. Atau dengan bahasa VHDL (Visual Hardware Description Language) dan Verilog yang lebih sulit.
Kekurangan FPGA adalah sifat program koneksinya yang masih volatile (menguap), sehingga jika aliran suplai terputus, program koneksinya akan hilang. Namun, hal itu dapat diatasi dengan menambahkan ROM pada rangkaiannya.
Contoh perangkat lunak dan perangkat keras yang menggunakan teknologi ini adalah buatan Xilinx. FPGA ini diantaranya digunakan untuk pengukuran, perancangan IC.
PENJELASAN FPAA
Sebuah Programmable analog array-lapangan (FPAA) adalah perangkat yang terintegrasi berisi blok analog dikonfigurasi (CAB) dan interkoneksi antara blok. Tidak seperti sepupu digital mereka, FPGA , perangkat cenderung aplikasi lebih didorong dari tujuan umum karena mungkin akan mode atau mode perangkat tegangan. Untuk perangkat modus tegangan, setiap blok biasanya berisi penguat operasional dalam kombinasi dengan konfigurasi Programmable komponen pasif. Blok dapat, misalnya, bertindak sebagai musim panas atau integrator.
FPAAs biasanya beroperasi dalam satu dari dua mode: waktu kontinu dan waktu diskrit.
ñ Diskrit-waktu perangkat memiliki jam sampel sistem. Dalam desain-kapasitor diaktifkan, semua sampel blok masukan sinyal dengan sampel dan memegang rangkaian terdiri dari saklar semikonduktor dan sebuah kapasitor. Ini feed yang diprogram op amp bagian yang dapat dialihkan ke sejumlah blok lainnya. Desain ini membutuhkan konstruksi semikonduktor yang lebih kompleks. Sebuah alternatif,-saat desain diaktifkan, menawarkan konstruksi sederhana dan tidak memerlukan input kapasitor, tetapi bisa kurang akurat, dan telah lebih rendah dari kipas – dapat drive hanya satu blok berikut. Kedua waktu-diskrit jenis perangkat harus mengkompensasi switching kebisingan, aliasing pada sample rate sistem, dan bandwidth sample-rate terbatas, selama tahap desain.
ñ Kontinu-waktu perangkat kerja lebih seperti sebuah array transistor atau op amp yang dapat beroperasi pada bandwidth penuh. Komponen yang terhubung dalam suatu pengaturan tertentu dikonfigurasi melalui array switch. Selama desain sirkuit, parasit induktansi switch matriks, kapasitansi dan kontribusi kebisingan harus diperhitungkan.
Analog array Field-programmable (FPAAs) menyediakan sebuah metode untuk cepat prototyping sistem analog. Saat ini FPAAs komersial dan akademik yang tersedia biasanya didasarkan pada penguat operasional (atau lainnya primitif analog yang serupa) hanya dengan beberapa elemen komputasi per keping. Sementara arsitektur khusus mereka berbeda-beda, mereka kecil ukuran dan sering membatasi interkoneksi desain meninggalkan FPAAs saat ini terbatas dalam fungsionalitas, fleksibilitas, dan kegunaan. kemajuan terbaru di bidang transistor floating-gerbang telah menyebabkan sebuah teknologi analog yang sangat kecil, akurat diprogram, dan sangat rendah konsumsi daya. Dengan memanfaatkan keunggulan perangkat floating-gerbang, sebuah FPAA skala besar dirancang yang secara dramatis kemajuan negara saat ini seni dalam hal ukuran, fungsionalitas, dan fleksibilitas. Sebuah FPAA skala besar digunakan sebagai bagian dari sinyal-campuran prototyping platform untuk menunjukkan kelangsungan hidup dan manfaat dari analog koperasi / pemrosesan sinyal digital. Karya ini berfungsi sebagai peta jalan untuk penelitian FPAA masa depan. Sementara FPAAs saat ini bisa dibandingkan dengan, kecil relatif terbatas, digital, perangkat programmable logic (PLDs) tahun 1970-an dan 1980-an, gerbang-apung FPAAs diperkenalkan di sini adalah langkah pertama dalam memungkinkan FPAAs untuk mendukung skala besar, penuh-sistem prototyping desain analog mirip dengan FPGA modern.
PENJELASAN VHDL
VHDL adalah sebuah bahasa pemograman VHSIC (Very High Speed Intregated Circuit) yang dikembangkan oleh IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineering ). Apakah VHDL adalah satu – satunya bahasa VHSIC? Tidak Altera corp juga membuat bahasa yang dikembangkan bagi FPGA nya yaitu AHDL. Meskipun begitu FPGA Altera masih dapat diprogam menggunakan VHDL.
VHDL adalah termasuk bahasa pemodelan yang digunakan untuk merancang atau memodelkan rangkaian digital. Lalu keuntungan apa yang diperoleh dengan menggunakan VHDL sebagai bahasa pemodelan:
ñ VHDL mampu melakukan desain hardware hingga sampai system yang lebih kompleks
ñ Mudah dalam mencari dan mendeteksi kesalahan dengan lebih mudah dalam simulasi.
ñ Bahasa pemograman yang mudah dimengerti dan dipelajari dengan cepat
Seperti pada bahasa pemograman yang telah kita ketahui dan dipelajari sebelumnya seperti Pasacal dan C. VHDL juga memiliki struktur dan aturan yang harus dipatuhi. Di dalam VHDL juga terdapat main body program, procedure, function dsb.
Sebuah system elektronik digital dapat digambarkan sebagai sebuah modul dengan inputs dan outputs. Modul sering disebut design entity dan input / output disebut ports pada VHDL. Jika sebuah modul dapat dipecah kita akan memperoleh bagian – bagian modul yang disebut dengan instances, dan sesuatu yang menghubungkan ports (input / output) disebut signals. Masih bingung dengan entity, ports, instances dan signals? Bagus karena saya berharap demikian (kalau tidak buat apa modul ini dibuat?). Perhatikan gambar dibawah ini
Pada gambar terlihat sebuah perangkat system digital kita sebut saja modul F (yang dikenal sebagai design entity / entitas design). Modul F memiliki 3 buah ports 2 inputs dan 1 output. Kita bayangkan modul F sebagai sebuah rumah yang memiliki tiga pintu (ports): 2 pintu masuk dan 1 pintu keluar. Jika sebuah rumah dapat didekomposisi (dipecah belah gampangnya). Tentu dalam rumah tersebut terdapat kamar – kamar. Pada gambar terdapat 3 buah instances yaitu G, H, I dimana G, H, I ini merepresentasikan kamar – kamar yang terdapat pada rumah (Modul F gambar). Sedangkan jalan – jalan yang menghubungkan antar kamar itulah yang disebut signals. Sinyal biasanya digambarkan sebagai kabel / wire.
Cara pendeskripsian / penggambaran model system digital seperti ini lah yang disebut structural description. Tentunya tidak hanya structural description saja yang dapat digunakan sebagai teknik penggambaran model terdapat beberapa deskripsi yang lain seperti :
ñ Behavioral discription dimana system digital dideskripsikan / digambarkan dengan cara menceritakan bagaimana system tersebut bekerja, proses apa yang terjadi pada system tersebut dan hirarkinya.
ñ Mixed description dimana merupakan penggabungkan cara structural dan behavioral description.
ñ Test Bench description merupakan teknik penggambaran system digital dengan mendiskripsikan entitynya lalu dilakuakan test pada system digital tersebut.
tsulaksana 