Cos'è un diagramma a blocchi FPGA

A Field-Programmable Gate Array (FPGA) è un chip hardware riconfigurabile progettato per il multitasking. La sua programmazione può essere aggiornata e riconfigurata in base alle esigenze dell'utente, permettendogli di svolgere efficacemente una vasta gamma di compiti.

In questa guida, andremo ad esplorare

• Cos'è un FPGA
• Come funziona
• Come disegnare un diagramma a blocchi per un FPGA
• Quali sono le applicazioni di un FPGA

Alla fine, capirai come gli FPGA possano essere configurati per eseguire compiti diversi senza modificare l'hardware sottostante di un singolo chip. Imparerai anche a creare un diagramma a blocchi FPGA, che offre preziose informazioni sulla struttura interna di un FPGA e migliora la tua comprensione del suo funzionamento.

Diagramma a Blocchi FPGA e il suo Principio di Funzionamento

Un diagramma a blocchi FPGA discute i principali componenti utilizzati nel sistema, e potrebbe essere il miglior strumento per identificare il funzionamento del sistema e una guida per ricercatori e sviluppatori nella creazione di dispositivi migliori in futuro. Esploriamo il diagramma a blocchi di un FPGA.

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Diagramma a Blocchi FPGA

Ecco alcuni dei principali componenti utilizzati in un FPGA.

• Controller Principale: È conosciuto come l'unità di controllo centrale in un FPGA. Il compito del controller principale è gestire le operazioni di input/output e creare un canale di scambio dati corretto tra i sottosistemi nell'FPGA.
• Controller di Memoria: Il controller di memoria nell'FPGA è collegato alle memorie esterne, inclusi RAM/ROM o dischi rigidi. Controlla la condivisione dei dati tra le memorie esterne e interne nell'FPGA.
• Controller CMOS: Il segnale analogico viene controllato e convertito in segnale digitale tramite il Controller CMOS. Gestisce l’interfaccia tra il sensore e l’FPGA. Questi sensori sono responsabili della creazione di immagini e del controllo di tutti i sistemi basati su sensori tramite il Controller CMOS.
• Algoritmo PCA: Non è un hardware in un FPGA, ma un algoritmo implementato sull’FPGA per compiti specifici. È usato principalmente nell’elaborazione delle immagini e nei sistemi di riduzione dei dati. Gestisce centinaia di calcoli di matrici in pochi millisecondi per fornire dati riconoscibili in tempo reale.

Ora vediamo come funziona l'FPGA nel suo insieme.

Il controller principale avvia l'intera operazione raccogliendo i dati dalla memoria esterna collegata all’FPGA. Gli input vengono ricevuti da questi chip di memoria collegati.

Il controller CMOS invia i segnali al sistema ed è responsabile della digitalizzazione di questi segnali.

Ora questi dati vengono trasmessi ed elaborati attraverso il controller di comunicazione. L'algoritmo PCA quindi utilizza blocchi logici per convertire questi dati nella forma richiesta. È fondamentale per l’estrazione delle caratteristiche e la riduzione della dimensionalità nel sistema.

Applicazioni degli FPGA

Un FPGA (Field-Programmable Gate Array) è un dispositivo semiconduttore versatile e riprogrammabile che consente agli sviluppatori di personalizzare l'hardware in base a requisiti specifici.

A differenza degli ASIC, che sono circuiti a funzione fissa, gli FPGA possono essere riconfigurati per svolgere diversi compiti secondo necessità. La loro combinazione di alte prestazioni e affidabilità li rende preziosi in un’ampia gamma di applicazioni.

Di seguito sono riportati alcuni degli utilizzi chiave degli FPGA.

Industria delle Reti e delle Telecomunicazioni

Gli FPGA sono utilizzati principalmente nei sistemi di rete e telecomunicazioni grazie alle loro capacità di elaborazione del segnale. Le tecnologie 3G, 4G e 5G usano questi dispositivi per una corretta trasmissione dati e per l’implementazione dei protocolli e il packet switching. Le stazioni base ad alta velocità e le torri di rete utilizzano questa tecnologia per inviare dati rapidamente.

Sistemi Radar

Gli FPGA sono utilizzati nella maggior parte dei sistemi radar, nelle comunicazioni satellitari e nei sistemi di guida. La rapida elaborazione dei dati e l’affidabilità di questi sistemi sono cruciali in ambito militare.

I sistemi ADAS utilizzano questi dispositivi, aiutando i piloti a tracciare la rotta di volo e supportandoli anche durante l’ingaggio del jet bersaglio.

Medicina e Sanità

Gli FPGA offrono una bassa latenza, permettendo agli operatori sanitari di analizzare le scansioni e diagnosticare una malattia. Un’elaborazione delle immagini più rapida e il monitoraggio in tempo reale aiutano i medici nella diagnosi e negli interventi chirurgici.

La maggior parte delle volte, vengono utilizzati negli scanner MRI, nelle macchine per tomografie computerizzate (CT) e nelle apparecchiature mediche portatili come gli ECG.

Cloud Computing

I data center utilizzano questi dispositivi per accelerare e salvare una grande quantità di dati in tempo reale. Vengono impiegati in sistemi di intelligenza artificiale e deep learning per elaborare rapidamente i dati. La capacità di riconfigurazione di questi dispositivi aiuta gli sviluppatori a gestire attività parallele come la crittografia dei dati, la compressione e la riduzione del carico della CPU.

Come Creare un Diagramma a Blocchi FPGA

I diagrammi a blocchi sono ampiamente utilizzati per semplificare modelli complessi, rendendoli più facili da comprendere. Nel caso degli FPGA, un diagramma a blocchi illustra i concetti fondamentali del loro funzionamento, rappresentando una risorsa preziosa per studenti, ingegneri e ricercatori. Ma come si inizia a creare tali diagrammi? La chiave è utilizzare uno strumento specializzato che offra ampie opzioni di personalizzazione.

EdrawMax, uno dei principali strumenti di diagrammazione, rende facile progettare diagrammi a blocchi FPGA dettagliati e accurati. Esploriamo alcune delle sue funzionalità più interessanti.

• Interfaccia Intuitiva: EdrawMax offre un’interfaccia pulita che si adatta anche ai principianti. Fornisce un’interfaccia semplice, funzionalità di trascinamento, aggiunta di immagini, formati di testo e molto altro.
• Ampia Libreria di Simboli: La libreria di simboli di EdrawMax è vasta, fornendo tutti i simboli, gli elementi e i formati di testo necessari per completare il tuo diagramma a blocchi.
• Strumenti di Personalizzazione: EdrawMax è ricco di strumenti che offrono differenti schemi di colori necessari per blocchi, formattazioni di testo e temi. Fornisce strumenti di collegamento per aggiungere relazioni tra i blocchi.
• Libreria di Modelli: EdrawMax offre modelli per ogni categoria, aiutandoti a completare il tuo design tramite questi template. Puoi utilizzare un modello così com’è se risponde alle tue esigenze.
• Opzioni Multiple di Importazione ed Esportazione: EdrawMax è utile per un vasto pubblico, permettendo di importare ed esportare i propri diagrammi a blocchi in diversi formati. Puoi importare file Visio e modificarli direttamente.

Ora vediamo come creare un diagramma a blocchi FPGA con l’aiuto di EdrawMax usando diversi metodi.

Metodo 1: Creare un diagramma a blocchi FPGA da zero

Iniziare un progetto da zero può sembrare impegnativo, ma con uno strumento come EdrawMax il processo diventa molto più semplice. Offre tutti i simboli essenziali, strumenti e opzioni di personalizzazione necessari per creare un diagramma a blocchi completo e professionale. Segui i passaggi qui sotto per progettare il tuo diagramma dall’inizio.

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Passaggio1 Apri EdrawMax e inizia

• Apri EdrawMax e fai clic su Nuovo nella home page dello strumento, oppure trova la sezione dei diagrammi a blocchi per aprire una tela vuota.
• Una volta aperta la tela vuota, troverai gli elementi pertinenti.

Passaggio2 Trascina simboli ed elementi sulla tela

• Fai clic sulla Libreria dei simboli e trova gli elementi più adatti per il tuo progetto.
• Clicca su un elemento o trascinalo direttamente sulla tela.

Passaggio3 Aggiungi testo a ciascun blocco

• Disponi gli elementi nell’ordine desiderato.
• Fai doppio clic sul blocco per aggiungere il testo a ciascun blocco.

Passaggio4 Aggiungi relazioni/connessioni

• Utilizza lo strumento di collegamento per aggiungere una relazione.
• Se hai bisogno di frecce, puoi anche usare la libreria dei simboli per trovare frecce di forme diverse.

Passaggio5 Esporta il tuo diagramma a blocchi

• Dopo tutte le modifiche, è il momento di esportare il diagramma a blocchi.
• Fai clic sulla pulsante esporta oppure file nell’angolo in alto a sinistra dello schermo e scegli un formato. Imposta tutte le tue preferenze e clicca su pulsante esporta per salvare il progetto.

Metodo 2: Usa un modello di diagramma a blocchi FPGA

EdrawMax, uno dei principali strumenti di diagrammazione, fornisce una libreria di modelli completa per aiutarti a iniziare rapidamente. Questi modelli già pronti richiedono solo minori modifiche per creare un design personalizzato, facendoti risparmiare tempo e fornendo risultati professionali. Segui la guida passo passo qui sotto per produrre rapidamente diagrammi raffinati.

Passaggio1Apri la Libreria dei Modelli

• Apri la Home Page di EdrawMax e clicca su modelli sul lato sinistro dello schermo.
• Cerca i template di diagramma a blocchi disponibili nella libreria tramite la barra di ricerca.

Passaggio2 Seleziona un modello e cliccaci sopra

• Inizia a cercare il modello che più si avvicina al tuo diagramma a blocchi.
• Cliccaci sopra per portarlo sulla tela e iniziare a modificarlo ulteriormente.

Passaggio3 Modifica il modello

• Inizia a modificare il modello sulla tela.
• Ora, aggiungi o elimina le forme necessarie. Usa il tuo testo per creare i tuoi diagrammi a blocchi.
• Puoi modificare i colori e i temi del tuo diagramma a blocchi qui.

Passaggio4Esporta il tuo file

• Dopo tutte le modifiche, devi esportare il tuo progetto.
• Fai clic sulla filee trova l'opzionepulsante esportadisponibile, oppure utilizza il pulsante di esportazione disponibile nella parte superiore della barra dei menu e seleziona un formato per salvarlo.

Considerazioni finali

La programmabilità degli FPGA offre agli sviluppatori la flessibilità di utilizzarli per il multitasking, poiché possono gestire molti processi in modo indipendente e ridurre significativamente il carico sul processore centrale.

Un diagramma a blocchi FPGA illustra i concetti e le componenti fondamentali del dispositivo, facilitando la comprensione della sua struttura e funzionamento. Tali diagrammi sono essenziali per gli sviluppatori, che spesso si affidano a loro per pianificare modifiche future e massimizzare le prestazioni.

Con EdrawMax, puoi creare facilmente diagrammi a blocchi FPGA professionali che semplificano sistemi complessi e li rendono più accessibili al tuo pubblico.