FPGA: erinevus redaktsioonide vahel

'''FPGA''' (''field-programmable gate array'', e.k.ehk väliprogrammeritav väravamassiiv) on [[mikroskeem]], mis on disainitud nii, et selle täpse konfiguratsiooni[[konfiguratsioon]]i määrab selle kasutaja, mitte tootja. FPGA konfiguratsioon määratakse tavaliselt [[riistvara kirjeldamise keel|riistvara kirjeldamise keelega]] (i.k. ''hardware description language'' -– HDL), mis on sarnane keelele, millega kirjeldatakse [[rakendus-spetsiifiline mikroskeem|rakendus-spetsiifilisi mikroskeeme]] (''application-specific integrated circuit'' -– ASIC). FPGA suudab esitada igat loogilist funktsiooni, mida rakendus-spetsiifiline mikroskeem võib esitada.<ref>{{Cite book |last1=Wiśniewski |first1=Remigiusz |title=Synthesis of compositional microprogram control units for programmable devices |year=2009 |publisher=University of Zielona Góra |location=Zielona Góra |isbn=978-83-7481-293-1 |pages=153}}</ref>

Lisaks digitaalsetele funktsioonidele on mõnel FPGA-l võimalused ka [[analoogelektroonika]] jaoks. Enamasti saab programaatiliselt muuta kiibi jalal oleva signaali muutumise kiirust ja väljundvoolu tugevust. Teiseks on suhteliselt tavalised analoogsignaali võrdlejad. Eksisteerivad ka mõned seadmed, milles on olemas nii [[Analoog-digitaalmuundur|analoog-digitaalmuundurid]] kui ka [[Digitaal-analoogmuundur|digitaal-analoogmuundurid]], mis lubavad FPGA-l käituda nagu [[Süsteemikiip|süsteemikiip]].<ref>Mike Thompson, EETimes [http://www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=200000777 Mixed-signal FPGAs provide GREEN POWER]</ref>

Ameerika Ühendriikide Merepinna Sõjandusdepartemang (i.k. '''Naval Surface Warfare Department''') rahastas hilistel 1980ndatel Steve Casselman-i poolt juhitud eksperimenti, mille eesmärgiks oli luua arvuti, mis juurutaks 600&nbsp;000 taasprogrammeeritavat [[loogikavärav]]at. Casselmanil see õnnestus ja sellega seonduv patent anti välja 1992. aastal.

'''[[Xilinx]]'''-i kaasasutajad Ross Freeman ja Bernard Vonderschmitt leiutasid 1985. aastal esimese kommertsiaalse FPGA -– '''XC2064'''.<ref>Peter Clarke, EE Times, "[http://www.eetimes.com/story/OEG20010622S0091 Xilinx, ASIC Vendors Talk Licensing]."</ref> XC2064-l olid programmeeritavad väravad ja programmeeritavad vaheühendused. See oli uue tehnoloogia ja turu algus.<ref name="four">Funding Universe. “[http://www.fundinguniverse.com/company-histories/Xilinx-Inc-Company-History.html Xilinx, Inc.]”</ref> XC2064-l oli 64 seadistatavat loogikaplokki, millel oli kaks 3 sisendiga [[otsingutabel|otsingutabelit]]it.<ref name="clive">Clive Maxfield, Programmable Logic DesignLine, "[http://www.pldesignline.com/products/187203173 Xilinx unveil revolutionary 65nm FPGA architecture: the Virtex-5 family].</ref>

[[Xilinx]] jätkas konkurentideta ja kasvas kiirelt kuni 1990ndate keskpaigani, millal konkurendid kanda kinnitasid. 1993. aastaks oli '''Actel'''-i käes 18% kogu FPGA-de turust.<ref name="four"/>

FPGA rakenduste seas on [[Signaalitöötlus|signaalitöötlus]], tarkvaraline raadio, [[rakendus-spetsiifiline mikroskeem|rakendus-spetsiifilise mikroskeemi]] prototüüpimine, [[pilditöötlus]], [[kõnetuvastus]], [[krüptograafia]], [[bioinformaatika]], arvutiriistvara [[emuleerimine]], [[raadioastronoomia]] ja kasvav hulk igasugu muid rakendusi.

FPGA-d alustasid pakkudes alternatiivi [[kompleksne programmeeritav loogikaseade|komplekssetele loogikaseadmetele]]. Nende ülesandeks oli teiste laialdaselt levinud skeemide kokkuühendamine. Kui FPGA-de võimalused kasvasid, hakkasid nad järjest rohkem ülesandeid täitma. Tänapäeval on mõned kohe päris [[süsteemikiip|süsteemikiibi]] rollis.<ref>[http://www.bdti.com/articles/info_eet0207fpga.htm FPGA/DSP Blend Tackles Telecom Apps]</ref><ref>Mark LaPedus, EETimes [http://www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=197001881 Xilinx aims 65-nm FPGAs at DSP applications]</ref>

Kõige levinum FPGA arhitektuur<ref name="FPGA" /> koosneb '''loogikaplokkide massiivist''' (sõltuvalt tootjast kutsutakse seda kas seadistavaks loogikaplokiks (CLB) või loogika-massiiviplokkiks (LAB)), sisend/väljund jalgadest ning vaheühendustest. Üldiselt on kõigil ühendustel sama [[ribalaius]].

Üldiselt koosneb loogikaplokk (CLB või LAB) mõnest '''loogikarakust'''. Tüüpiline loogikarakk koosneb 4 sisendiga [[otsingutabel|otsingutabelist]], [[täisliitja]]st ja D-tüüpi [[Triger|flip-flopist]] nagu all näidatud. Otsingutabel on joonisel jagatud kaheks 3 sisendiga otsingutabeliks. Tavarežiimis on need läbi vasakul oleva [[Multipleksor|multipleksorimultipleksor]]i kombineeritud üheks 4 sisendiga otsingutabeliks. Aritmeetikarežiimis söödetakse nende väljundid liitjale. Režiimi saab valida keskmise multipleksori programmeerimise abil. Väljund võib olla sünkroonne või asünkroonne sõltuvalt joonisel paremal asuva multipleksori programmeerimisest. Praktikas kasutatakse tervet või osa täisliitjast otsingutabeli funktsioonina, et ruumi säästa.<ref>http://www.altera.com/literature/hb/cyc2/cyc2_cii51002.pdf</ref><ref>http://www.altera.com/literature/hb/stratix-iv/stx4_5v1_01.pdf</ref><ref>http://www.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug070.pdf</ref>

Kui disainimise ja valideerimise protsess on lõppenud, genereeritakse FPGA tootja tarkvara poolt binaarfail, mille abil seadistatakse lõpuks FPGA. Seadistamiseks kasutatakse [[jadaühendus|jadaühendust]]t või välist mäluseadet.

Selleks, et lihtsustada komplekssete süsteemide disainimist FPGA-del, on loodud teeke, mis sisaldavad keerulisi funktsioone ja skeeme, mis on testitud ja optimiseeritud. Inglise keeles on nende nimetus tihtipeale "IP cores" ja nad on saadaval FPGA-de tootjate ja kolmandate osapoolte käest. Enamasti on need tasulised ja kinniste litsentsidega, kuid mõned on ka [[avatud lähtekoodilähtekood]]i ja [[vaba litsentsigalitsents]]iga.