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📜  Xilinx FPGA 架构

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:56:15.651000             🧑  作者: Mango

Xilinx FPGA 架构

FPGA代表现场可编程门阵列，可用于解决任何可计算问题。它是一种集成电路，可以在客户或设计人员制造后进行定制。更具体地说，FPGA（现场可编程门阵列）是由 CLB 矩阵或通过可编程互连链接的可定制逻辑块组成的半导体器件。

在本文中，我们将讨论 FPGA（也称为现场可编程门阵列）、它们的工作和架构。这篇文章还将向您介绍 Xilinx。 Xilinx 被认为是该领域的领先公司。它为市场和各种应用提供全面的解决方案，包括 FPGA 器件、功能强大的软件以及可配置、即用型的 IP 内核。

Xilinx FPGA 以运行标准嵌入式操作系统（如 Linux 或 VxWorks）而闻名。并在可编程逻辑中实现处理器外设。 FPGA 系列 Virtex-II Pro、Virtex-4、Virtex-5 和 Virtex-6 具有多达两个嵌入式 IBM PowerPC 内核，专为片上系统 (SoC) 设计人员而设计。

FPGA架构

Xilinx 的 FPGA 是具有 Block RAM、可编程结构、DSP 切片和 PCI Express 支持的混合计算系统。仅仅因为所有这些计算资源都可以同时访问，它们支持整个平台的应用程序的可扩展性和流水线化。 SD Accel 是 Xilinx 实用程序，它允许 OpenCL 程序定位和启用这些计算资源。

组件： FPGA的基本结构由以下组件组成：

  1. 查找表或 LUT：该组件负责执行逻辑操作。
  2. 触发器： LUT 的结果存储在该寄存器元素中。
  3. 电线：这些是连接元素的元素。
  4. I/O 焊盘：这些物理端口允许数据进出 FPGA。

在这里，FPGA的基本架构如下图所示，这是集成这些部分的结果。

FPGA组件

FPGA组件

现代 FPGA 结构的主要特点与额外的计算和数据存储块相结合，以提高设备的计算密度和效率。在这里，为了更好地理解这个概念，下面给出了一些附加点。

  1. 用于分布式数据存储的嵌入式存储器
  2. 用于以不同时钟速率驱动 FPGA 架构的 PLL 或锁相环
  3. 高速串行收发器
  4. 片外存储器控制器
  5. 乘积块

赛灵思 FPGA

在这里，在现代 FPGA 设计中，这些部分的组合显示在图像中，允许 FPGA 实现在处理器上执行的任何软件方法。

应用：

FPGA 因其工作特性和可编程性而适合各种市场。在这一领域，Xilinx 被认为是最值得信赖的公司，它提供最详细和最有效的解决方案，包括 FPGA 器件、可配置且功能强大的软件即用型 IP 核，适用于航空航天、汽车系统、广播和 Pro-AV、国防等应用、消费电子、数据中心、工业和高数据存储相关应用等。

在这里，我们试图描述一些最常见的 FPGA 应用，如下所示：

  1. 汽车：Xilinx 汽车平台对于驱动高度先进的 AD 模块至关重要，这些模块越来越需要更好的性能和容量，以实现高速数据处理、预处理、分发 (DAPD) 和计算加速。
  2. 基于 FPGA 的 ASIC 原型设计：基于FPGA 的 ASIC 原型设计可实现快速、精确的 SoC 系统建模和嵌入式软件验证。它为更好的设计验证提供高性能 FPGA。此外，减少所需的电路板面积和电路板的复杂性。它提供了一个通用的 I/O 解决方案，可以创建单个设备。并提供高级调试、仿真加速和交互式设计调整
  3. 航空航天和国防： Xilinx 为航空航天和国防行业提供商业、国防和航天级系统级解决方案，包括行业领先的 FPGA、SoC 和 ACAP 器件、复杂的 IP 解决方案和下一代设计工具。
  4. 医疗： Virtex FPGA 和 Spartan® FPGA 系列可用于满足诊断、监控和治疗应用中的各种处理、显示和 I/O 接口需求。
  5. 消费类电子产品：Xilinx 解决方案提供具有成本效益和高能效的技术，可实现片上系统 (SoC) 设计、高带宽和吞吐量，以适应不断扩大的互连标准以及支持 Internet 的应用。
  6. 广播和专业 AV ：借助面向高端专业广播系统的广播设计平台和解决方案，您可以更快地适应不断变化的需求并延长产品生命周期。 Xilinx 平台可以快速适应新的音频和视频技术，根据需要通过有损和无损编解码器提供对 AV-over-IP 网络的访问，并将多媒体管道与最前沿的 AI/ML 方法集成到具有成本效益的设备中。
  7. 数据中心： Xilinx FPGA 最适合大规模并行数据处理。此功能降低了边缘计算设备的总拥有成本，同时通过降低延迟来提高性能。人工智能的发展、日益复杂的工作负载以及非结构化数据的可用性要求数据中心快速发展。借助定制的计算、存储和网络加速，Xilinx 平台正在推动演进。
  8. 计算和数据存储解决方案：由于可定制的数据路径和存储结构以及强大的开发工具集，Xilinx FPGA 增强型应用程序可以实现高效的硬件和软件实施，同时灵活地适应新的要求，而不会牺牲性能或能效。
  9. 有线和无线通信：在有线和无线通信中，都使用 FPGA 芯片。它们用于有线通信的背板和无线通信的蜂窝基站。 FPGA 现在用于网络解决方案并满足 WiMAX、5G/6G 和 HSDPA 要求。
  10. 工业：适用于工业成像和监控、工业自动化和 Xilinx FPGA 等广泛的应用，以及面向工业、科学和医疗的重点设计平台，可实现更大的灵活性、更快的上市时间并降低总的非重复性工程费用。
  11. 安全性：从访问控制到监控和安全系统，Xilinx 提供了满足安全应用所有不断变化的需求的解决方案。

FPGA 在设备中使用了很长时间。它们是最具成本效益的解决方案，具有更高的性能和可编程性，由于它们的生产力，它们被用于广泛的应用中。

Xilinx 因其高品质和低成本的器件而处于该行业的领先地位。 Xilinx 针对 FPGA 器件和 Xilinx 提供的各种器件提供完整且可靠的解决方案。