FPGA நிரலாக்கம்: வெரிலாக் மற்றும் VHDL-க்கான விரிவான வழிகாட்டி

ஃபீல்ட்-புரோகிராமபிள் கேட் அரேக்கள் (FPGAs) என்பவை உற்பத்திக்குப் பிறகு மறுசீரமைக்கக்கூடிய பல்துறை ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள் ஆகும். இந்த நெகிழ்வுத்தன்மை, அதி-செயல்திறன் கணினி மற்றும் தொலைத்தொடர்பு முதல் உலகளாவிய வாகன மற்றும் விண்வெளி தொழில்கள் வரை பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளுக்கு இவற்றை அவசியமாக்குகிறது. FPGAs-ன் நிரலாக்கம் ஹார்டுவேர் விவரிப்பு மொழிகளை (HDLs) அதிகம் சார்ந்துள்ளது, இதில் வெரிலாக் மற்றும் VHDL ஆகியவை முக்கிய தேர்வுகளாக உள்ளன. இந்த வழிகாட்டி இந்த இரண்டு மொழிகளைப் பயன்படுத்தி FPGA நிரலாக்கம் பற்றிய ஒரு விரிவான கண்ணோட்டத்தை வழங்குகிறது, இது ஆரம்பநிலையாளர்களுக்கும் அனுபவம் வாய்ந்த பொறியாளர்களுக்கும் பயனளிக்கும்.

FPGA-களையும் அவற்றின் பயன்பாடுகளையும் புரிந்துகொள்ளுதல்

பயன்பாட்டு-குறிப்பிட்ட ஒருங்கிணைந்த சுற்றுகள் (ASICs) உடன் ஒப்பிடும்போது, அவற்றின் மறுநிரல்படுத்தக்கூடிய தன்மை காரணமாக FPGAs ஒரு குறிப்பிடத்தக்க நன்மையை வழங்குகின்றன. ஒரு குறிப்பிட்ட செயல்பாட்டிற்காக வடிவமைக்கப்பட்ட மற்றும் உற்பத்திக்குப் பிறகு மாற்ற முடியாத ASICs போலல்லாமல், FPGAs வெவ்வேறு டிஜிட்டல் சுற்றுகளை செயல்படுத்த தனிப்பயனாக்கப்படலாம். தேவைகள் அடிக்கடி மாறும் தொழில்நுட்ப நிலப்பரப்புகளில் இந்த ஏற்புத்திறன் முக்கியமானது. உதாரணமாக, 5G தகவல்தொடர்பு அமைப்புகளின் வளர்ச்சியை எடுத்துக் கொள்ளுங்கள். வழக்கமான ASIC மேம்பாட்டு சுழற்சிகளை விட மேம்பட்ட சிக்னல் செயலாக்க அல்காரிதம்களின் வேகமான முன்மாதிரி மற்றும் வரிசைப்படுத்தலை FPGAs செயல்படுத்துகின்றன. அதேபோல், வாகனத் துறையில், ADAS (Advanced Driver-Assistance Systems) ல் FPGAs பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இது சென்சார் தரவின் நிகழ்நேர செயலாக்கத்தை உறுதிசெய்து பாதுகாப்பு மற்றும் செயல்திறனை உறுதி செய்கிறது.

FPGAs-ன் பயன்பாடுகள் பரந்தவை மற்றும் தொடர்ந்து வளர்ந்து வருகின்றன:

• தொலைத்தொடர்பு: 5G பேஸ் ஸ்டேஷன்கள், ரவுட்டர்கள் மற்றும் நெட்வொர்க் ஸ்விட்சுகள்.
• விண்வெளி & பாதுகாப்பு: ரேடார் அமைப்புகள், ஏவியோனிக்ஸ் மற்றும் செயற்கைக்கோள் தொடர்பு.
• வாகனம்: ADAS, இன்ஃபோடெயின்மென்ட் அமைப்புகள் மற்றும் எஞ்சின் கட்டுப்பாட்டு அலகுகள்.
• தொழில்துறை ஆட்டோமேஷன்: ரோபோடிக்ஸ், இயந்திர பார்வை மற்றும் நிரல்படுத்தக்கூடிய தர்க்க கட்டுப்பாட்டாளர்கள் (PLCs).
• தரவு மையங்கள்: உயர்-செயல்திறன் கணினி, நெட்வொர்க் வேகப்படுத்தல் மற்றும் சேமிப்பு தீர்வுகள்.
• நுகர்வோர் எலக்ட்ரானிக்ஸ்: கேமராக்கள் மற்றும் காட்சிகளில் பட செயலாக்கம்.

FPGAs-ன் சக்தியை திறம்பட பயன்படுத்த, அடிப்படை கொள்கைகளையும் நிரலாக்க முறைகளையும் புரிந்துகொள்வது முக்கியம். இது HDLs-ல் ஒரு வலுவான அடித்தளத்துடன் தொடங்குகிறது.

வெரிலாக் vs VHDL: ஒரு ஒப்பீட்டு கண்ணோட்டம்

வெரிலாக் மற்றும் VHDL ஆகியவை FPGAs-ஐ வடிவமைப்பதற்கும் நிரலாக்குவதற்கும் பயன்படுத்தப்படும் இரண்டு முதன்மை HDLs ஆகும். இரண்டு மொழிகளும் டிஜிட்டல் சுற்றுகளின் நடத்தை மற்றும் கட்டமைப்பை விவரிக்க வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. இருப்பினும், அவை தொடரியல், தத்துவம் மற்றும் சமூக ஆதரவில் வேறுபடுகின்றன.

வெரிலாக்

வெரிலாக் என்பது 1984 இல் உருவாக்கப்பட்ட ஒரு ஹார்டுவேர் விவரிப்பு மொழி ஆகும், பின்னர் IEEE ஆல் IEEE 1364 என தரப்படுத்தப்பட்டது. வெரிலாக் அதன் சுருக்கமான தொடரியலுக்கு அறியப்படுகிறது, இது C நிரலாக்க மொழிக்கு ஒத்திருக்கிறது. இந்த ஒற்றுமை பெரும்பாலும் மென்பொருள் பின்னணி கொண்ட பொறியாளர்களுக்கு வெரிலாக் கற்றுக்கொள்வதற்கும் பயன்படுத்துவதற்கும் எளிதாக்குகிறது. இது பயன்பாட்டின் எளிமையை வலியுறுத்துகிறது மற்றும் வன்பொருளை விவரிப்பதற்கு ஒப்பீட்டளவில் நேரடியான அணுகுமுறையை வழங்குகிறது. இந்த மொழிக்கு ஒரு பெரிய பயனர் தளம் உள்ளது மற்றும் இணையத்தில் விரிவான ஆதாரங்கள் எளிதாக கிடைக்கின்றன, இது உங்கள் வினவல்களுக்கு பதில்களைக் கண்டுபிடிப்பதை எளிதாக்குகிறது. Xilinx மற்றும் Intel போன்ற முக்கிய FPGA விற்பனையாளர்கள் வெரிலாக் அடிப்படையிலான வடிவமைப்புகளை ஆதரிக்க விரிவான கருவிகள் மற்றும் நூலகங்களை வழங்குகின்றனர்.

VHDL

VHDL (VHSIC ஹார்டுவேர் விவரிப்பு மொழி) 1980 களின் முற்பகுதியில் அமெரிக்க பாதுகாப்பு துறையின் முயற்சியின் கீழ் உருவாக்கப்பட்டது மற்றும் பின்னர் IEEE ஆல் IEEE 1076 என தரப்படுத்தப்பட்டது. VHDL வெரிலாக்கை விட மிகவும் முறையான மற்றும் கட்டமைக்கப்பட்ட தொடரியலைக் கொண்ட வலுவான-தட்டச்சு மொழியாகும். இது வடிவமைப்பு சரிபார்ப்புக்கு வலுவான அம்சங்களை வழங்குகிறது மற்றும் உருவகப்படுத்துதல் மற்றும் தொகுப்புக்கு வலுவான ஆதரவைக் கொண்டுள்ளது. கடுமையான வடிவமைப்பு கொள்கைகளில் VHDL-ன் முக்கியத்துவம், நம்பகத்தன்மை மற்றும் பராமரிப்பு முக்கியமாக இருக்கும் சிக்கலான திட்டங்களுக்கு இதை பொருத்தமானதாக ஆக்குகிறது. இந்த மொழி வடிவமைப்பு பாணிகளின் பரந்த வரம்பையும் ஆதரிக்கிறது, இது பொறியாளர்கள் வன்பொருள் நடத்தையை அமைப்பு சார்ந்த, நடத்தை சார்ந்த மற்றும் தரவுப்பாய்வு மாதிரியாக்கம் உட்பட பல்வேறு வழிகளில் விவரிக்க அனுமதிக்கிறது. இது சர்வதேச அளவில் அங்கீகரிக்கப்பட்டுள்ளது மற்றும் ஐரோப்பா, அமெரிக்கா மற்றும் பிற இடங்களில் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டுள்ளது, இது சர்வதேச குழுக்களில் பணிபுரிய அதன் புரிதலை அவசியமாக்குகிறது.

வெரிலாக் மற்றும் VHDL-க்கு இடையேயான தேர்வு பெரும்பாலும் திட்டத் தேவைகள், குழு விருப்பத்தேர்வுகள் மற்றும் கிடைக்கக்கூடிய வளங்களைப் பொறுத்தது. சமீபத்திய ஆண்டுகளில், EDA கருவி விற்பனையாளர்களிடமிருந்து அதிக குறுக்கு ஆதரவுடன் போக்கு ஒன்றுபட்டுள்ளது, இது இடைவெளியைக் குறைக்கிறது. பெரும்பாலான சந்தர்ப்பங்களில், சிறந்த தேர்வு நிறுவனத்தின் அல்லது திட்டத்தின் கலாச்சாரத்தைப் பொறுத்தது.

வெரிலாக் நிரலாக்கத்துடன் தொடங்குதல்

வெரிலாக் நிரலாக்கத்தின் அடிப்படைகளை ஆராய்வோம். நடைமுறை எடுத்துக்காட்டுகள் மூலம் தொடரியல் மற்றும் கட்டமைப்பை ஆராய்வோம்.

வெரிலாக் தொடரியல் அடிப்படைகள்

வெரிலாக் குறியீடு தொகுதிகளாக கட்டமைக்கப்பட்டுள்ளது. ஒரு தொகுதி ஒரு வடிவமைப்பின் அடிப்படை கட்டுமான அலகு ஆகும். ஒவ்வொரு தொகுதிக்கும் ஒரு பெயர், உள்ளீடு மற்றும் வெளியீடு போர்ட்கள் மற்றும் சுற்றின் செயல்பாட்டின் விளக்கம் உள்ளது. ஒரு எளிய AND கேட்-க்கான அடிப்படை உதாரணம் இங்கே:

module and_gate (
    input a, // உள்ளீடு சிக்னல் a
    input b, // உள்ளீடு சிக்னல் b
    output y  // வெளியீடு சிக்னல் y
);

    assign y = a & b; // லாஜிக்கல் AND செயல்பாடு

endmodule

இந்த எடுத்துக்காட்டில்:

• module and_gate 'and_gate' என்ற தொகுதியை அறிவிக்கிறது.
• input a, b மற்றும் output y உள்ளீடு மற்றும் வெளியீடு சிக்னல்களை வரையறுக்கின்றன.
• assign y = a & b; AND கேட்டின் நடத்தையை விவரிக்கிறது, அங்கு வெளியீடு 'y' என்பது உள்ளீடுகள் 'a' மற்றும் 'b' இன் லாஜிக்கல் AND ஆகும்.

வெரிலாக்கில் தரவு வகைகள்

வெரிலாக் டிஜிட்டல் வடிவமைப்பிற்கு அடிப்படையான பல தரவு வகைகளை ஆதரிக்கிறது:

• wire: சர்க்யூட் கூறுகளுக்கு இடையேயான ஒரு உடல் இணைப்பைக் குறிக்கிறது.
• reg: ஒரு ரெஜிஸ்டர் போன்ற சேமிப்பு உறுப்பைக் குறிக்கிறது.
• integer: ஒரு கையொப்பமிடப்பட்ட முழு எண்ணைக் குறிக்கிறது.
• real: ஒரு மிதவைப் புள்ளி எண்ணைக் குறிக்கிறது.
• parameter: வடிவமைப்பில் பயன்படுத்தப்படும் மாறிலிகளை வரையறுக்கிறது.

உதாரணமாக:

wire data_in;
reg [7:0] data_out;
parameter WIDTH = 8;

இங்கே, data_in ஒரு ஒற்றை-பிட் வயர், data_out ஒரு 8-பிட் ரெஜிஸ்டர், மற்றும் WIDTH என்பது 8 மதிப்பு கொண்ட ஒரு அளவுரு. ஒரு தரவுப் பாதையின் பிட் அகலம் போன்ற அளவுருக்களைப் பயன்படுத்தி அகலங்களை அறிவிக்கும் இந்தத் திறன், வாசிப்புத்திறன், மறுபயன்பாடு மற்றும் குறியீடு பராமரிப்பை மேம்படுத்துகிறது.

நடத்தை மாதிரியாக்கம்

நடத்தை மாதிரியாக்கம் ஒரு சுற்றின் கட்டமைப்பைக் குறிப்பிடாமல் அதன் செயல்பாட்டை விவரிக்கிறது. இது assign அறிக்கைகள் மற்றும் always தொகுதிகள் போன்ற நடைமுறைத் தொகுதிகள் போன்ற தர்க்க செயல்பாடுகளைப் பயன்படுத்துகிறது.

module adder (
    input [3:0] a,
    input [3:0] b,
    output [3:0] sum
);

    always @(*) begin
        sum = a + b;
    end

endmodule

இந்த எடுத்துக்காட்டில், always @(*) தொகுதி சேர்க்கையின் நடத்தையை விவரிக்கிறது: `sum` வெளியீடு என்பது உள்ளீடுகள் 'a' மற்றும் 'b' இன் கூட்டுத்தொகை ஆகும். `*` என்றால் பட்டியலில் உள்ள எந்த மதிப்பும் மாறினால் செயல்முறை செயல்படுத்தப்பட வேண்டும். இந்த வகை மாதிரியாக்கம் ஒரு உயர் நிலை சுருக்க அளவில் ஒரு சுற்றை விரைவாக செயல்படுத்துவதற்கு மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும்.

கட்டமைப்பு மாதிரியாக்கம்

கட்டமைப்பு மாதிரியாக்கம் முன் வரையறுக்கப்பட்ட கூறுகளை இணைப்பதன் மூலம் ஒரு சுற்றை வரையறுக்கிறது. இது தனிப்பட்ட வாயில்கள், ஃப்ளிப்-ஃப்ளாப்ஸ் மற்றும் பிற அடிப்படை தொகுதிகளின் தொடர்புகளின் மீது வெளிப்படையான கட்டுப்பாட்டை வழங்குகிறது.

module full_adder (
    input a, b, cin,
    output sum, cout
);

    wire s1, c1, c2;

    xor u1 (s1, a, b);
    xor u2 (sum, s1, cin);
    and a1 (c1, a, b);
    and a2 (s1, cin, c2);
    or o1 (cout, c1, c2);

endmodule

இந்த முழு சேர்க்கை எடுத்துக்காட்டு அடிப்படை வாயில்களைப் பயன்படுத்தி வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது. முழு சேர்க்கையை உருவாக்க 'xor', 'and' மற்றும் 'or' வாயில்கள் துவக்கப்பட்டு ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்டுள்ளன. இந்த வடிவமைப்பு முறை ஒரு டிஜிட்டல் சுற்றின் கட்டமைப்பின் மீது நேரடி கட்டுப்பாட்டை வைத்திருக்க மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும்.

VHDL நிரலாக்கத்துடன் தொடங்குதல்

VHDL நிரலாக்கத்தின் அடிப்படைகளை, அதன் தொடரியல், கட்டமைப்பு மற்றும் நடைமுறை எடுத்துக்காட்டுகள் உட்பட ஆராய்வோம்.

VHDL தொடரியல் அடிப்படைகள்

VHDL குறியீடு நிறுவனங்கள் மற்றும் கட்டமைப்புகளில் ஒழுங்கமைக்கப்பட்டுள்ளது. ஒரு நிறுவனம் ஒரு தொகுதியின் வெளிப்புற இடைமுகத்தை (போர்ட்கள்) வரையறுக்கிறது, அதே நேரத்தில் ஒரு கட்டமைப்பு அதன் உள் செயலாக்கத்தை விவரிக்கிறது.

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;

entity and_gate is
    port (
        a : in std_logic;
        b : in std_logic;
        y : out std_logic
    );
end and_gate;

architecture behavioral of and_gate is
begin
    y <= a and b;
end behavioral;

இந்த எடுத்துக்காட்டில்:

• library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; நிலையான நூலகத்தை உள்ளடக்கியது.
• entity and_gate 'and_gate' என்ற நிறுவனத்தை அறிவிக்கிறது.
• port (a : in std_logic; b : in std_logic; y : out std_logic) உள்ளீடு மற்றும் வெளியீடு சிக்னல்களை வரையறுக்கிறது. std_logic ஒரு ஒற்றை-பிட் சிக்னலைக் குறிக்கிறது.
• architecture behavioral AND கேட்டின் நடத்தையை விவரிக்கிறது.
• y <= a and b; AND செயல்பாட்டை செயல்படுத்துகிறது.

VHDL இல் தரவு வகைகள்

VHDL டிஜிட்டல் வடிவமைப்பிற்கு அவசியமான தரவு வகைகளின் வளமான தொகுப்பை வழங்குகிறது:

• std_logic: ஒரு ஒற்றை-பிட் சிக்னலைக் குறிக்கிறது (0, 1, X, Z, முதலியன).
• std_logic_vector: ஒரு பல-பிட் சிக்னலைக் குறிக்கிறது.
• integer: ஒரு முழு எண்ணைக் குறிக்கிறது.
• boolean: ஒரு பூலியன் மதிப்பைக் குறிக்கிறது (TRUE அல்லது FALSE).
• bit: ஒரு ஒற்றை பிட்டைக் குறிக்கிறது (0 அல்லது 1).

உதாரணமாக:

signal data_in : std_logic;
signal data_out : std_logic_vector(7 downto 0);
constant WIDTH : integer := 8;

இங்கே, data_in ஒரு ஒற்றை-பிட் சிக்னல், data_out ஒரு 8-பிட் சிக்னல், மற்றும் WIDTH என்பது 8 மதிப்பு கொண்ட ஒரு மாறிலி. இந்த தரவு வகைகள், தரவு மற்றும் சிக்னல்களை நம்பகமான மற்றும் நன்கு வரையறுக்கப்பட்ட முறையில் பிரதிநிதித்துவப்படுத்துவதன் மூலம் வடிவமைப்பாளர்கள் மிகவும் சிக்கலான சுற்றுகளை உருவாக்க உதவுகின்றன.

நடத்தை மாதிரியாக்கம்

VHDL இல் நடத்தை மாதிரியாக்கம் செயல்முறைகள் மற்றும் ஒரே நேரத்தில் அறிக்கைகளைப் பயன்படுத்தி ஒரு சுற்றின் செயல்பாட்டு நடத்தையை விவரிக்கிறது. செயல்முறைகள் சில நிபந்தனைகள் (சிக்னல்கள்) மாறும்போது செயல்படுத்தப்படும் தொடர்ச்சியான அறிக்கைகளைக் கொண்டிருக்கும். செயல்முறை பொதுவாக உள்ளீடுகளுக்கு பதிலளித்து வெளியீடுகளை அதற்கேற்ப புதுப்பிக்கிறது.

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.numeric_std.all;

entity adder is
    port (
        a : in std_logic_vector(3 downto 0);
        b : in std_logic_vector(3 downto 0);
        sum : out std_logic_vector(3 downto 0)
    );
end adder;

architecture behavioral of adder is
begin
    process (a, b)
    begin
        sum <= std_logic_vector(unsigned(a) + unsigned(b));
    end process;
end behavioral;

இந்த எடுத்துக்காட்டில், process (a, b) தொகுதி சேர்க்கையின் நடத்தையை விவரிக்கிறது. numeric_std நூலகத்திலிருந்து unsigned() செயல்பாடு std_logic_vector வகைகளை ஒரு கையொப்பமிடப்படாத தரவு வகையாக மாற்றப் பயன்படுகிறது, இதனால் கணிதத்தை நிறைவேற்றலாம்.

கட்டமைப்பு மாதிரியாக்கம்

கட்டமைப்பு மாதிரியாக்கம் முன் வரையறுக்கப்பட்ட கூறுகளை துவக்கி இணைப்பதன் மூலம் ஒரு சுற்றை விவரிக்கிறது.

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;

entity full_adder is
    port (
        a, b, cin : in std_logic;
        sum, cout : out std_logic
    );
end full_adder;

architecture structural of full_adder is
    component xor_gate
        port (i1, i2 : in std_logic; o : out std_logic);
    end component;
    component and_gate
        port (i1, i2 : in std_logic; o : out std_logic);
    end component;
    component or_gate
        port (i1, i2 : in std_logic; o : out std_logic);
    end component;

    signal s1, c1, c2 : std_logic;
begin
    u1: xor_gate port map (a, b, s1);
    u2: xor_gate port map (s1, cin, sum);
    a1: and_gate port map (a, b, c1);
    a2: and_gate port map (s1, cin, c2);
    o1: or_gate port map (c1, c2, cout);
end structural;

இந்த முழு சேர்க்கை செயலாக்கத்தில், 'xor_gate', 'and_gate', மற்றும் 'or_gate' கூறுகள் துவக்கப்பட்டு ஒன்றோடொன்று இணைக்கப்பட்டுள்ளன, இது சுற்றின் ஒரு வெளிப்படையான கட்டமைப்பு பார்வையை வழங்குகிறது. துவக்கப்பட்ட ஒவ்வொரு கூறும் அடிப்படை வடிவமைப்போடு (அந்த கூறுகளை செயல்படுத்துகின்ற கட்டமைப்பு) இணைக்கப்பட வேண்டும், அல்லது பிழை ஏற்படும்.

FPGA வடிவமைப்பு ஓட்டம்: கருத்தாக்கம் முதல் செயலாக்கம் வரை

FPGA வடிவமைப்பு ஓட்டம், ஆரம்ப வடிவமைப்பு விவரக்குறிப்பு முதல் FPGA சாதனத்தில் இறுதி செயலாக்கம் வரை பல படிகளை உள்ளடக்கியது. இந்த செயல்முறை ஒரு பயனுள்ள வடிவமைப்பை உறுதி செய்கிறது மற்றும் பிழைகளின் வாய்ப்புகளைக் குறைக்கிறது.

1. வடிவமைப்பு விவரக்குறிப்பு

முதல் படி, வடிவமைப்பின் தேவைகள் மற்றும் செயல்பாட்டை வரையறுப்பதாகும். இது உள்ளீடுகள், வெளியீடுகள் மற்றும் சுற்றின் விரும்பிய நடத்தையை தீர்மானிப்பதை உள்ளடக்குகிறது. நீங்கள் என்ன சிக்கலைத் தீர்க்க முயற்சிக்கிறீர்கள்? உங்களிடம் என்ன உள்ளீடுகள் உள்ளன? உங்களுக்கு என்ன வெளியீடுகள் தேவை? நேரத் தேவைகள் என்ன? இந்தக் கேள்விகளுக்கான பதில்கள் வடிவமைப்பிற்கான விவரக்குறிப்புகளை உருவாக்குகின்றன.

2. RTL கோடிங் (வெரிலாக் அல்லது VHDL)

வடிவமைப்பு பின்னர் ஒரு HDL (வெரிலாக் அல்லது VHDL) ஐப் பயன்படுத்தி விவரிக்கப்படுகிறது. இந்த படி, வடிவமைப்பு விவரக்குறிப்புகளை சுற்றின் நடத்தை மற்றும் கட்டமைப்பை விவரிக்கும் குறியீடாக மொழிபெயர்ப்பதை உள்ளடக்குகிறது. மொழியின் தேர்வு (வெரிலாக் அல்லது VHDL) திட்டத் தேவைகள் மற்றும் பொறியாளரின் விருப்பத்தைப் பொறுத்தது, முன்பு விவாதிக்கப்பட்டது. நாம் உள்ளடக்கிய எடுத்துக்காட்டுகள் இங்குதான் வருகின்றன. இது நடத்தை அல்லது கட்டமைப்பு மாதிரியாக்கம் மற்றும் மொழியின் பிற கருத்துக்கள் பற்றிய நம்முடைய அறிவைப் பயன்படுத்தி வடிவமைப்பை HDL குறியீட்டின் வரிகளில் மொழிபெயர்க்கும் இடமாகும்.

3. உருவகப்படுத்துதல்

உருவகப்படுத்துதல் வடிவமைப்பின் செயல்பாட்டைச் சரிபார்க்க ஒரு முக்கியமான படியாகும். ModelSim மற்றும் Vivado Simulator போன்ற உருவகப்படுத்துதல் கருவிகள், சோதனை பெஞ்ச்களைப் பயன்படுத்தி வடிவமைப்பை உருவகப்படுத்தி பல்வேறு உள்ளீட்டு நிலைகளில் அதன் செயல்திறனைச் சரிபார்க்கின்றன. இது வன்பொருளில் செயலாக்கத்திற்கு முன் வடிவமைப்பு பிழைகளைக் கண்டறிந்து சரிசெய்ய உதவுகிறது. நீங்கள் HDL குறியீட்டை உருவகப்படுத்துதலில் பிழைத்திருத்தம் செய்வதைக் காணலாம், இது எதிர்பார்த்தபடி செயல்படுவதை உறுதிசெய்ய.

4. தொகுப்பு

தொகுப்பு HDL குறியீட்டை அடிப்படை தர்க்க வாயில்கள் மற்றும் இணைப்புகளின் ஒரு நெட்லிஸ்டாக மாற்றுகிறது. Xilinx மற்றும் Intel போன்ற FPGA விற்பனையாளர்களால் வழங்கப்படும் தொகுப்பு கருவிகள், நேரம் மற்றும் பகுதி போன்ற கட்டுப்பாடுகளைக் கருத்தில் கொண்டு, இலக்கு FPGA சாதனத்திற்கான வடிவமைப்பை மேம்படுத்துகின்றன. இந்த நிலை, FPGA உண்மையில் என்ன செய்யும் என்பதைத் தீர்மானிக்கிறது.

5. செயலாக்கம் (இடம் & வழி)

செயலாக்கம் என்பது தர்க்க வாயில்கள் மற்றும் இணைப்புகளை FPGA-ன் இயற்பியல் வளங்களில் வைப்பது மற்றும் இணைப்புகளை வழிநடத்துவது ஆகியவற்றை உள்ளடக்குகிறது. விரும்பிய செயல்திறனை அடைவதற்கும், வடிவமைப்பு நேரக் கட்டுப்பாடுகளைப் பூர்த்தி செய்வதை உறுதி செய்வதற்கும் இந்த படி முக்கியமானது. இந்த கட்டத்தில் மேம்படுத்தல் கருவிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

6. பிட்ஸ்ட்ரீம் உருவாக்கம்

செயலாக்கத்திற்குப் பிறகு, ஒரு பிட்ஸ்ட்ரீம் கோப்பு உருவாக்கப்படுகிறது. இந்த கோப்பு FPGA சாதனத்தை நிரலாக்க தேவையான கட்டமைப்பு தரவுகளைக் கொண்டுள்ளது. இது பின்னர் FPGA சிப்பை வடிவமைப்போடு ஏற்றப் பயன்படுகிறது.

7. வன்பொருள் சோதனை மற்றும் பிழைத்திருத்தம்

இறுதி படி FPGA வன்பொருளில் செயலாக்கப்பட்ட வடிவமைப்பைச் சோதிப்பதை உள்ளடக்குகிறது. இதற்கு FPGA-ஐ வெளிப்புற கூறுகளுடன் இணைப்பது மற்றும் அதன் செயல்பாட்டைச் சரிபார்ப்பது அவசியம். வன்பொருள் தொடர்பான சிக்கல்களைக் கண்டறிந்து தீர்க்க பிழைத்திருத்த கருவிகள் மற்றும் நுட்பங்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

FPGA நிரலாக்கத்தில் மேம்பட்ட கருத்துக்கள்

வெரிலாக் மற்றும் VHDL நிரலாக்கத்தின் அடிப்படைகளுடன் நீங்கள் நன்கு அறிந்தவுடன், உங்கள் வடிவமைப்பு திறன்களை மேம்படுத்தவும் செயல்திறனை மேம்படுத்தவும் மேம்பட்ட கருத்துக்களை ஆராயலாம்.

1. நிலை இயந்திரங்கள்

நிலை இயந்திரங்கள் டிஜிட்டல் வடிவமைப்புகளில் தொடர்ச்சியான தர்க்கத்தை செயல்படுத்துவதற்கு அடிப்படையானவை. அவை காலப்போக்கில் ஒரு சுற்றின் செயல்பாட்டைக் கட்டுப்படுத்தப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. நிலை இயந்திரங்களைப் புரிந்துகொள்வதும் HDL உடன் அவற்றின் வடிவமைப்பும் பல FPGA பயன்பாடுகளுக்கு ஒரு அத்தியாவசியத் திறன் ஆகும்.

2. கடிகார கள கடப்பு (CDC)

ஒரு வடிவமைப்பின் வெவ்வேறு பகுதிகள் வெவ்வேறு கடிகார அதிர்வெண்களில் இயங்கும்போது, நிலையற்ற தன்மை மற்றும் தரவு சிதைவைத் தவிர்க்க கடிகார கள கடப்பை (CDC) சரியாக கையாள்வது முக்கியம். இதற்கு ஒத்திசைவு நுட்பங்களை செயல்படுத்துவது, ஒத்திசைவாளர்கள் மற்றும் FIFO-களைப் பயன்படுத்துவது போன்றவை தேவை.

3. வரையறுக்கப்பட்ட தூண்டல் பதில் (FIR) வடிப்பான்கள்

FIR வடிப்பான்கள் சிக்னல் செயலாக்க பயன்பாடுகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. HDL அடிப்படையிலான FIR வடிப்பான் வடிவமைப்பு, இரைச்சலை அகற்ற அல்லது ஆர்வமுள்ள சிக்னல்களில் கவனம் செலுத்த குறிப்பிட்ட அல்காரிதம்களை வன்பொருளில் செயல்படுத்துவதை உள்ளடக்குகிறது.

4. நினைவக இடைமுகங்கள்

SRAM அல்லது DDR SDRAM போன்ற வெளிப்புற நினைவக சாதனங்களுடன் இடைமுகம் செய்வது, FPGA வடிவமைப்புகளில் ஒரு பொதுவான தேவையாகும். இதற்கு நினைவக சாதனங்களுடன் திறமையாக தரவை படிக்கவும் எழுதவும் கூடிய நினைவக கட்டுப்பாட்டாளர்களை வடிவமைப்பது அவசியம்.

5. IP கோர்கள்

IP (Intellectual Property) கோர்கள் என்பவை முன்-வடிவமைக்கப்பட்ட மற்றும் முன்-சரிபார்க்கப்பட்ட டிஜிட்டல் தர்க்க தொகுதிகள் ஆகும், அவை FPGA வடிவமைப்பில் ஒருங்கிணைக்கப்படலாம். IP கோர்களைப் பயன்படுத்துவது மேம்பாட்டை வேகப்படுத்துகிறது மற்றும் வடிவமைப்பு முயற்சியைக் குறைக்கிறது. பொதுவான எடுத்துக்காட்டுகளில் ஈதர்நெட் கட்டுப்பாட்டாளர்கள், USB இடைமுகங்கள் மற்றும் DSP தொகுதிகள் அடங்கும்.

FPGA நிரலாக்கத்திற்கான சிறந்த நடைமுறைகள்

சிறந்த நடைமுறைகளைப் பின்பற்றுவது உங்கள் FPGA வடிவமைப்புகளின் தரம், செயல்திறன் மற்றும் பராமரிப்பை மேம்படுத்த உதவும்.

• நிலையான குறியீட்டு பாணியைப் பயன்படுத்தவும்: வாசிப்புத்திறன் மற்றும் பராமரிப்பிற்காக நிலையான குறியீட்டு பாணியை (எ.கா., உள்தள்ளல், பெயரிடல் மரபுகள்) பின்பற்றவும்.
• கூறுகள் சார்ந்த குறியீட்டை எழுதவும்: சிக்கலான வடிவமைப்புகளை சிறிய, மறுபயன்பாட்டுக்குரிய கூறுகளாக பிரிக்கவும்.
• குறியீட்டை முழுமையாக கருத்துரைக்கவும்: ஒவ்வொரு தொகுதி, சிக்னல் மற்றும் செயல்முறையின் செயல்பாட்டை விளக்க தெளிவான மற்றும் சுருக்கமான கருத்துரைகளைச் சேர்க்கவும்.
• உருவகப்படுத்துதலை திறம்பட பயன்படுத்தவும்: உங்கள் வடிவமைப்பின் செயல்பாட்டைச் சரிபார்க்க விரிவான உருவகப்படுத்துதல்களைச் செய்யவும் மற்றும் பிழைகளை முன்கூட்டியே பிடிக்கவும்.
• சோதனை பெஞ்ச்களை செயல்படுத்தவும்: பல்வேறு காட்சிகளை உருவகப்படுத்தவும் மற்றும் வடிவமைப்பின் வலுவைச் சோதிக்க விரிவான சோதனை பெஞ்ச்களை உருவாக்கவும்.
• நேரக் கட்டுப்பாடுகளைப் பின்பற்றவும்: வடிவமைப்பு செயல்திறன் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வதை உறுதிசெய்ய நேரக் கட்டுப்பாடுகளுக்கு இணங்கவும்.
• வளப் பயன்பாட்டை மேம்படுத்தவும்: வளப் பயன்பாட்டைக் குறைக்க (எ.கா., LUTs, ஃப்ளிப்-ஃப்ளாப்ஸ், நினைவகம்) இலக்கு FPGA சாதனத்திற்கான வடிவமைப்பை மேம்படுத்தவும்.
• வடிவமைப்புகளை மதிப்பாய்வு செய்யவும்: சாத்தியமான சிக்கல்களைக் கண்டறியவும் மற்றும் தரத்தை மேம்படுத்தவும் உங்கள் குறியீட்டை சக ஊழியர்களால் மதிப்பாய்வு செய்யவும்.
• பதிப்பு கட்டுப்பாட்டைப் பயன்படுத்தவும்: மாற்றங்களைக் கண்காணிக்கவும் மற்றும் உங்கள் வடிவமைப்பின் வெவ்வேறு பதிப்புகளை நிர்வகிக்கவும் பதிப்பு கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளை (எ.கா., Git) செயல்படுத்தவும்.

FPGA நிரலாக்க கருவிகள் மற்றும் மேம்பாட்டு சூழல்கள்

FPGA வடிவமைப்பு ஓட்டத்தை ஆதரிக்க பல்வேறு கருவிகள் மற்றும் மேம்பாட்டு சூழல்கள் கிடைக்கின்றன. மிகவும் பிரபலமான சில:

• Xilinx Vivado: Xilinx FPGAs-க்கான ஒரு விரிவான வடிவமைப்பு சூழல், உருவகப்படுத்துதல், தொகுப்பு மற்றும் செயலாக்க கருவிகள் உட்பட. (Xilinx, ஒரு அமெரிக்காவை அடிப்படையாகக் கொண்ட நிறுவனம், உலகளாவிய வடிவமைப்பை ஆதரிக்கிறது).
• Intel Quartus Prime: Intel (முன்னர் Altera) FPGAs-க்கான ஒரு விரிவான வடிவமைப்பு சூழல், உருவகப்படுத்துதல், தொகுப்பு மற்றும் செயலாக்க கருவிகளையும் வழங்குகிறது. (Intel, மற்றொரு அமெரிக்காவை அடிப்படையாகக் கொண்ட நிறுவனம், மற்றும் உலக சந்தையில் ஒரு முக்கிய பங்கு).
• ModelSim/QuestaSim: வெரிலாக் மற்றும் VHDL வடிவமைப்புகளுக்கான பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் உருவகப்படுத்துதல் கருவி.
• Active-HDL: மற்றொரு பிரபலமான HDL உருவகப்படுத்துதல் மற்றும் வடிவமைப்பு கருவி.
• GHDL: ஒரு இலவச மற்றும் திறந்த மூல VHDL தொகுப்பான்.

FPGA நிரலாக்கத்தைக் கற்றுக்கொள்வதற்கான ஆதாரங்கள்

FPGA நிரலாக்கத்தில் உங்கள் திறமைகளைக் கற்றுக்கொள்ளவும் மேம்படுத்தவும் பல ஆதாரங்கள் கிடைக்கின்றன:

• FPGA விற்பனையாளர் ஆவணங்கள்: Xilinx மற்றும் Intel ஆகியவை பயனர் வழிகாட்டிகள், பயன்பாட்டுக் குறிப்புகள் மற்றும் பயிற்சிகள் உட்பட விரிவான ஆவணங்களை வழங்குகின்றன.
• ஆன்லைன் படிப்புகள்: Coursera, edX மற்றும் Udemy போன்ற தளங்கள் பல்வேறு FPGA நிரலாக்க படிப்புகளை வழங்குகின்றன.
• புத்தகங்கள்: எண்ணற்ற புத்தகங்கள் வெரிலாக், VHDL மற்றும் FPGA வடிவமைப்பு முறைகளை உள்ளடக்கியுள்ளன.
• மன்றங்கள் மற்றும் சமூகங்கள்: Stack Overflow மற்றும் FPGA தொடர்பான சப்-ரெடிட்கள் போன்ற ஆன்லைன் மன்றங்கள் மற்றும் சமூகங்கள் மதிப்புமிக்க ஆதரவு மற்றும் ஒத்துழைப்பு வாய்ப்புகளை வழங்குகின்றன.
• பயிற்சிகள் மற்றும் எடுத்துக்காட்டுகள்: FPGA நிரலாக்கத்திற்கு அர்ப்பணிக்கப்பட்ட வலைத்தளங்கள் மற்றும் வலைப்பதிவுகள் பயிற்சிகள் மற்றும் நடைமுறை எடுத்துக்காட்டுகளை வழங்குகின்றன.

முடிவுரை

வெரிலாக் மற்றும் VHDL உடன் FPGA நிரலாக்கம் ஒரு சவாலான ஆனால் பலனளிக்கும் துறையாகும். FPGAs நெகிழ்வுத்தன்மை மற்றும் செயல்திறனை வழங்குகின்றன, அவை பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகின்றன. இந்த வழிகாட்டி FPGA வடிவமைப்பில் ஈடுபட்டுள்ள முக்கிய கருத்துக்கள், கருவிகள் மற்றும் முறைகள் பற்றிய ஒரு கண்ணோட்டத்தை வழங்கியுள்ளது. நீங்கள் ஒரு மாணவராக இருந்தாலும், ஒரு பொறியாளராக இருந்தாலும், அல்லது ஒரு ஆராய்ச்சியாளராக இருந்தாலும், FPGA நிரலாக்கத்தைப் புரிந்துகொள்வது அதிநவீன டிஜிட்டல் அமைப்புகளை உருவாக்குவதற்கு முக்கியமானது.

தொழில்நுட்பம் தொடர்ந்து உருவாகும்போது, FPGAs உலகெங்கிலும் உள்ள பல்வேறு தொழில்களில் ஒரு முக்கியப் பங்கை வகிக்கும். வெரிலாக் மற்றும் VHDL போன்ற HDLs-ஐ தேர்ச்சி பெறுவது, எதிர்காலத்திற்கான புதுமையான தீர்வுகளை வடிவமைத்து செயல்படுத்த தேவையான திறன்களை உங்களுக்கு வழங்கும். சிறந்த நடைமுறைகளைப் பின்பற்றுவதன் மூலம், கிடைக்கக்கூடிய ஆதாரங்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலமும், உங்கள் அறிவை தொடர்ந்து விரிவுபடுத்துவதன் மூலமும், நீங்கள் FPGA நிரலாக்கத்தின் ஆற்றல்மிக்க உலகில் தேர்ச்சி பெறலாம்.