FPGA

INTRODUCCION

En 1985, Xilinx Incorporated incluyendo una idea completamente nueva en el campo de dispositivos programables como combinar el control del diseñador y el tiempo de desarrollo (time to Market) de los PLDs con la densidad y bajo costo de arreglos de compuertas. Rápidamente su propósito tomó ascenso, los FPGAs se iniciaron a fabricar, y hoy en día Xilinx es el principal vendedor de FPGAs. Hasta ese año los dispositivos que se usaban (y todavía se usan) cuando se necesitaba un enorme cantidad de lógica combinacional y secuencial eran los Application Specific Integrated Circuit (ASIC), cuyo tiempo de desarrollo es extenso, muchos meses llegando hasta años, y muy costosos. Por ello los FPGAs logran insertarse rápidamente en un mercado que no tenía competencia. Hoy en día hay muchos fabricantes dentro de  ellos que se destacan FPGAs de empresas como Xilinx Corporation, Altera Corporation, Actel Corporation y Lattice Semiconductor.

Un FPGA es un dispositivo que un diseñador de sistemas digitales puede programar, después que está soldado en el circuito impreso, para que funcione de un modo determinado. Los FPGAs son elaborados con conexiones y lógica programables. El diseñador evoluciona su sistema digital usando herramientas tipo EDA (Electronics Design Automation), sean dibujos esquemáticos o lenguaje de descripción de hardware (como VHDL), para poder representar el sistema en lógica digital. Luego de simular convenientemente el sistema digital revisando su funcionalidad se usan herramientas específicas del vendedor del FPGA para crear un archivo de configuración del FPGA, el cual especifica todas las conexiones, interconexiones y lógica que necesita ser programada dentro del FPGA para poder ejecutar el sistema digital desarrollado. Entonces, a través de un cable USB se conecta el FPGA o el circuito impreso en cual está soldado el FPGA, a una PC y usando el software de configuración del FPGA se descarga el archivo de configuración. “Una vez comprobado el correcto funcionamiento del sistema en el FPGA se graba el archivo de configuración en una memoria no-volátil que el FPGA leerá y usará para auto-configurarse cada vez que se aplica la tensión de alimentación al FPGA o cada vez que se desee re-configurar el FPGA.” [1]

FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY (FPGA)

Desde los inicios de los circuitos integrados digitales, siempre se había planteado la posibilidad de crear dispositivos con hardware reconfigurable, es decir, circuitos que no sólo se limitaran a ejecutar instrucciones pre-configuradas, como ocurre en un microprocesador, si no, que fuera el mismo hardware en sí, el que se configurará para un propósito específico. Sin embargo, no fue hasta la década de los 70’s cuando salieron al mercado los primeros dispositivos lógicos programables (PLD). Esta idea fue evolucionando a lo largo de la década de los 80’s, pasando por diversas transformaciones y mejoras hasta llegar al dispositivo que hizo posible la popularización de esta corriente de desarrollo en base a la descripción de hardware: el FPGA. [2]

1. HISTORIA DE LAS FPGA’s

Ross Freman, co-fundador de Xilinx, inventó el arreglo matricial de compuertas. La raíz histórica de las FPGA son los dispositivos de lógica programable compleja (CPLD) de mediados de los 1980. CPLD y FPGA incluyen un relativo gran número de elementos lógicos programables. El rango de densidad de los CPLD va desde miles a decenas de miles de compuertas lógicas, mientras que el de las FPGA va típicamente desde decenas de miles hasta muchos millones. La diferencia primaria entre CPLDs y FPGAs son sus arquitecturas. Un CPLD tiene una estructura un poco restringida, consistiendo la unión de uno o más arreglos lógicos que alimentan a un número pequeño de registros con entrada de reloj (clock). El resultado de estos es menos flexibilidad, con la ventaja de una mejor predicción de los tiempos de retraso.

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