Kits de FPGAs
Note
Neste tutorial estão informações sobre a tecnologia dos FPGAs, as ferramentas usadas para programá-los e alguns kits disponíveis.
Um FPGA (Field-Programmable Gate Array) é um chip reprogramável que permite implementar circuitos digitais personalizados. Ao contrário de um processador (que executa instruções), o FPGA configura sua lógica interna para se tornar o circuito desejado.
Características principais:
- Composto por blocos lógicos programáveis e interconexões configuráveis.
- Pode implementar desde circuitos simples como um contador, uma UART, até sistemas complexos, processadores, aceleradores de IA, etc.
- É reprogramável, você pode alterar a lógica quantas vezes quiser, diferente de um ASIC que é fixo.
Aplicações comuns:
- Prototipagem de hardware;
- Processamento de sinais digitais;
- Aceleradores de IA, visão computacional e redes;
- Sistemas embarcados (SoC com processador + lógica dedicada).
Fluxo de desenvolvimento
Em linhas gerais, o desenvolvimento usando FPGAs segue o seguinte fluxo:
flowchart LR
A[Projeto] --> B([Síntese]);
B --> C{Func.
correta?};
C -- Sim --> D([Implementação]);
D --> E{Temp.
atende?};
C -- Não --> A;
E -- Sim --> F([Programação]);
E -- Ajustes --> B;
E -- Revisão --> A;
F --> G[Produto];O projeto é especificado geralmente em uma HDL, por exemplo, Verilog. Se a síntese for bem sucedida, é possível verificar a operação do circuito e saber se ele funciona corretamente, considerando apenas suas entradas e saídas, sem se preocupar ainda com a temporização. Esta etapa, chamada de RTL, gera um circuito lógico ainda independente da tecnologia alvo. A fase de implementação mapeia e roteia o circuito para um dispositivo específico. Após ela é possível saber se os requisitos temporais foram atingidos (e. g. frequência máxima). Em caso contrário, será necessário: (i) ajustar parâmetros de síntese, incluindo requisitos mais específicos; ou (ii) revisar o projeto para otimizar determinadas partes. Um vez que o circuito atende a especificação, a programação do dispositivo é feita diretamente no FPGA (que é volátil) ou em uma memória flash que fornecerá o bitstream ao FPGA sempre que a placa for ligada.
Minicurso
O Prof. Menotti ministrou um minicurso sobre o tema, neste link você encontra o material e as gravações.
Ferramentas de síntese
Quartus
Vivado
Yosys
Kits de FPGAs
A seguir estão alguns dos kits disponíveis em nosso grupo, mas fique à vontade para adicionar outros.