مع تزايد شعبية المتحكمات الدقيقة ، يستخدم المهندسون المتحكمات الدقيقة أكثر من وحدات التحكم الدقيقة. أصبحت وحدات التحكم الدقيقة مهيمنة على FPGA بسبب تكلفتها الرخيصة ، والدعم الجيد ، وسهولة التوفر ، والمجتمع الكبير ، والتنوع ، والبرمجة وما إلى ذلك ، ولكن بخلاف ذلك ، فإن المعالجات الدقيقة لها بعض القيود مثل مجموعة التعليمات ، والتنفيذ المتسلسل للبرامج (المعالجة المتسلسلة) ، نقص المرونة وقابلية إعادة الاستخدام وما إلى ذلك. ومع ذلك ، يمكن لـ FPGA التغلب على هذه القيود حيث أن FPGAs لها تنفيذ متوازي للبرامج وهي مرنة وقابلة لإعادة الاستخدام تعني أنه يمكن إعادة برمجتها مرارًا وتكرارًا لمهام مختلفة.
ما هو FPGA وكيف يختلف عن متحكم دقيق
A الميدانية للبرمجة بوابة صفيف هو رقاقة السيليكون الدوائر المتكاملة التي لديها مجموعة من البوابات المنطقية وهذه المجموعة يمكن برمجتها في مجال أي يمكن للمستخدم الكتابة فوق تكوينات القائمة مع تكوينات جديدة المحددة لها ويمكن أن تخلق الدوائر الرقمية الخاصة بهم على الميدان. يمكن اعتبار FPGAs قائمة فارغة. لا تفعل FPGAs أي شيء من تلقاء نفسها في حين أن الأمر متروك للمصممين لإنشاء ملف تكوين غالبًا ما يسمى ملف بت لـ FPGA. سوف تتصرف FPGA مثل الدائرة الرقمية بمجرد تحميلها بملف بت.
بينما في الميكروكونترولر ، ليس هذا هو الحال حيث لا يمكن برمجة المتحكمات الدقيقة أو إعادة هيكلتها في هذا المجال. لا يُسمح للمستخدم بالكتابة فوق التكوينات الحالية ولا يمكنه إنشاء أي دائرة رقمية في الحقل. من السهل برمجة المتحكمات الدقيقة كما أن المجتمع واسع أيضًا. المتحكمات الدقيقة عبارة عن أجهزة كمبيوتر صغيرة مصممة خصيصًا والتي تأتي في شكل IC بينما تحتوي FPGAs فقط على كتل منطقية يمكن إعادة توصيلها كهربائيًا مرة أخرى. أيضًا فيما يتعلق بالميكروكونترولر ، فإنه يستهلك طاقة أقل من FPGAs. من المعروف أن FPGAs مكلفة وتتطلب تكلفة أكثر من الميكروكونترولر عندما يتعلق الأمر ببناء أي جهاز. تستغرق FPGAs وقتًا أطول بكثير في الإعداد بينما تكون وحدات التحكم الدقيقة متاحة بسهولة ومصممة لتطبيقات محددة.
هندسة FPGA
يحتوي FPGA على بنية منتظمة من الخلايا المنطقية أو الوحدات والوصلات البينية التي تخضع لسيطرة المطورين والمصممين بشكل كامل. تم تصميم FPGA باستخدام ثلاث كتل رئيسية بشكل أساسي مثل الكتل المنطقية القابلة للتكوين (CLB) ، وكتل الإدخال / الإخراج أو الوسادات ومصفوفة التبديل / أسلاك التوصيل البيني. سيتم مناقشة كل كتلة أدناه باختصار.
- CLB (الكتل المنطقية القابلة للتكوين): هذه هي الخلايا الأساسية لـ FPGA. وهو يتألف من مولد وظيفة 8 بت واحد ، ومولدين للوظائف 16 بت ، وسجلين (flip-flops أو مزلاج) ، وعناصر تحكم توجيه قابلة لإعادة البرمجة (معددات إرسال). يتم تطبيق CLBs لتنفيذ وظائف ووحدات ماكرو مصممة أخرى. كل CLBs لها مدخلات على كل جانب مما يجعلها مرنة لرسم الخرائط وتقسيم المنطق.
- منصات أو كتل الإدخال / الإخراج: تُستخدم وسادات الإدخال / الإخراج للأجهزة الطرفية الخارجية للوصول إلى وظائف FPGA وباستخدام لوحات الإدخال / الإخراج ، يمكنها أيضًا التواصل مع FPGA لتطبيقات مختلفة باستخدام أجهزة طرفية مختلفة.
- Switch Matrix / Interconnection Wires: يتم استخدام Switch Matrix في FPGA لتوصيل أسلاك التوصيل الطويلة والقصيرة معًا في تركيبة مرنة. يحتوي أيضًا على الترانزستورات لتشغيل / إيقاف التوصيلات بين الخطوط المختلفة.
عندما تكون هناك حاجة إلى FPGAs
كما ذكرنا أعلاه ، فإن المتحكمات الدقيقة لها بعض القيود ولا يمكن استخدامها لأداء المهام بالتوازي حيث تعمل وحدة التحكم الدقيقة والمعالجات الدقيقة على التنفيذ المتسلسل للبرامج مما يجعلها بطيئة بعض الشيء في بعض التطبيقات ، في هذا السيناريو ، تتمتع FPGAs بميزة ويمكن استخدامها بشكل فعال. يمكن أيضًا للميكروكونترولر أداء مهام محدودة لأنها تأتي مع الإرشادات ودوائرها. يجب أن يلتزم المبرمج بالقيود أثناء تطوير الكود. لذلك في هذا السيناريو أيضًا ، تتمتع FPGAs بميزة.
ومع ذلك ، في حالة الميكروكونترولر ، ينتقل المعالج من كود إلى آخر لتحقيق مستوى معين من التوازي. ستجد أنه من الأسهل كتابة الأكواد على ميكروكنترولر مقارنة بـ FPGAs. و القدرة على المعالجة المتوازية من التصميم بما يتيح لك التحكم في انقطاع على نحو فعال باستخدام آلات الدولة محدود (FSMS).
في حالة وحدات التحكم الدقيقة ، يجب عليك حساب الوقت الذي يستغرقه ISR لحل الانقطاع. يمكنك إعادة أسلاك FPGA بسهولة بمجرد إعادة برمجتها. يتم تحميل التكوين في FPGA على الخلايا المنطقية القابلة للتكوين عند تشغيل الطاقة.
لا تحتاج إلى إجراء أي تغييرات في الأجهزة لإعادة برمجة FPGA. تعد FPGAs مناسبة للمعالجة عالية السرعة للبيانات المتوازية وتأتي بدرجة عالية من التخصيص. ومع ذلك ، لديهم أيضًا عيوب تشغيل النموذج الأولي وتعقيد التكوين. لذلك ، يمكن اختيار FPGAs بهذه المزايا على الميكروكونترولر. لنبدأ برمجة FPGA ونؤكد