Để lập trình FPGA hiệu quả, việc hiểu rõ cấu trúc phần cứng bên trong là vô cùng quan trọng. Bài học này sẽ giới thiệu cho bạn về các thành phần tài nguyên cốt lõi tạo nên một chip FPGA, giúp bạn đưa ra những quyết định thiết kế tối ưu hơn.

Cấu Trúc Tổng Thể Của Một Chip FPGA

Hãy tưởng tượng chip FPGA là một “thành phố” điện tử. “Thành phố” này được xây dựng từ ba loại cấu trúc chính, và nhiệm vụ của bạn khi lập trình là kết nối chúng lại với nhau để tạo ra một mạch điện tử tùy chỉnh.

🧱

Khối Logic (Logic Blocks)

Đây là những “ngôi nhà” thực hiện các phép toán logic cơ bản. Chúng là đơn vị xử lý trung tâm của FPGA.

🔌

Khối I/O (I/O Blocks)

Là các “cánh cổng” của thành phố, giúp FPGA giao tiếp với thế giới bên ngoài thông qua các chân vật lý.

↔️

Kết nối Lập trình được (Programmable Routing)

Hệ thống “đường sá” chằng chịt cho phép bạn kết nối bất kỳ Khối Logic nào với bất kỳ Khối I/O nào, tạo ra sự linh hoạt vô tận.

Các Thành Phần Tài Nguyên Cốt Lõi (FPGA Resources)

Bên trong các Khối Logic, có nhiều loại tài nguyên phần cứng chuyên dụng. Việc bạn sử dụng tài nguyên nào và số lượng bao nhiêu sẽ quyết định kích thước và tốc độ của ứng dụng.

1. Flip-Flops, LUTs, và Slices

Đây là những đơn vị cơ bản nhất. LUT (Look-Up Table) là một bảng tra cứu nhỏ thực hiện các hàm logic. Flip-flop là một mạch nhớ lưu trữ một bit dữ liệu (0 hoặc 1). Một nhóm các LUT và Flip-flop được đóng gói thành một Slice, là đơn vị xây dựng cơ bản của logic trên FPGA.

2. Thanh ghi (Registers)

Một thanh ghi là một nhóm các Flip-flop hoạt động cùng nhau để lưu trữ một giá trị (ví dụ: một số 8-bit). Chúng đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc lưu trữ trạng thái giữa các vòng lặp, đồng bộ hóa dữ liệu và kỹ thuật pipelining để tăng tốc độ xử lý.

3. Block RAM (BRAM)

Đây là các khối bộ nhớ RAM được tích hợp sẵn trên chip FPGA, cho phép lưu trữ lượng dữ liệu lớn hơn nhiều so với thanh ghi. BRAM thường được sử dụng để triển khai các bộ nhớ (Memory) và bộ đệm FIFO (First-In, First-Out).

4. Khối DSP (DSP Slices)

Các khối xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processing) chuyên dụng được tối ưu hóa cho các phép toán học hiệu suất cao, đặc biệt là phép nhân và cộng dồn (multiply-accumulate). Sử dụng khối DSP giúp giải phóng tài nguyên logic thông thường và đạt tốc độ xử lý nhanh hơn nhiều cho các thuật toán phức tạp.

5. UltraRAM (URAM)

Một số dòng FPGA mới hơn có UltraRAM, là các khối bộ nhớ có dung lượng cực lớn, gấp nhiều lần BRAM. URAM rất lý tưởng khi bạn cần lưu trữ các bộ đệm dữ liệu khổng lồ, ví dụ như trong các ứng dụng xử lý video hoặc RF tốc độ cao.

Đào tạo, Khóa đào tạo cơ bản, LabVIEW FPGA

Bài 2: Các Khái Niệm Phần Cứng FPGA Cơ Bản

Cấu Trúc Tổng Thể Của Một Chip FPGA

Khối Logic (Logic Blocks)

Khối I/O (I/O Blocks)

Kết nối Lập trình được (Programmable Routing)

Các Thành Phần Tài Nguyên Cốt Lõi (FPGA Resources)

1. Flip-Flops, LUTs, và Slices

2. Thanh ghi (Registers)

3. Block RAM (BRAM)

4. Khối DSP (DSP Slices)

5. UltraRAM (URAM)

ThaoNguyen

1 những suy nghĩ trên “Bài 2: Các Khái Niệm Phần Cứng FPGA Cơ Bản”

Để lại một bình luận Hủy

CÔNG TY CỔ PHẦN HỆ THỐNG AIOT

VỀ CHÚNG TÔI

QUY ĐỊNH & CHÍNH SÁCH

ĐỊA CHỈ VĂN PHÒNG GIAO DỊCH