Vortragsprogramm/2011/Aufbau und Nutzung von FPGAs
Zeit und Ort
Donnerstag, 19.08.2010 19:00 Uhr im Labor
Thema
Ein Field Programmable Gate Array (kurz: FPGA) ist ein Integrierter Schaltkreis (IC) der Digitaltechnik, in den eine logische Schaltung programmiert werden kann. Die englische Bezeichnung kann übersetzt werden als: im (Anwendungs-)Feld programmierbare Anordnung von (Logik-)Gattern. Im Gegensatz zur CPU werden hier keine Befehle (Programm) nacheinander abgearbeitet, sondern in dem FPGA werden Grundschaltungen der Digitaltechnik mit konfigurierbarer Logik nachgebildet. FPGA's verarbeiten spielend hunderte von MB pro Sekunde und sind dabei noch voll echtzeitfähig.
Vortrag
Wir wollen klären, wie FPGA's aufgebaut sind, wie und wo sie eingesetzt werden. Wir werden klären, wofür FPGA's geeignet sind und wofür nicht. Dazu beleuchten wir das Innenleben des FPGA's und klären, was die einzelnen Komponenten machen. FPGA's arbeiten massiv parallel, was eine andere Denkweise als bei Mikrokontrollern nötig macht. Wir erarbeiten den nötigen Designflow und das grundlegende Konzept der Programmierung an einfachen Beispielen. Das Thema "Taktung" ist nicht ganz trivial. Es warten böse Effekte wie "Glitches" und "Skew". Was es mit diesen Begriffen auf sich hat, wird ebenfalls erklärt. FPGA's haben keine feste Taktfrequenz, sondern die Maximalfrequenz hängt sehr stark von der Programmierung ab. Warum das so ist, und wie man eine hohe Taktfrequenz erreicht, erklären wir natürlich auch. Abgerundet wird der Vortrag mit Hinweisen zum Layout und zur Spannungsversorgung. Aufgrund der Komplexität des Themas werden wir die Programmiersprachen VHDL und Verilog nur soweit ansprechen, wie sie zum Verständnis der Funktion nötig sind.
Voraussetzungen
Die Grundschaltungen der Digitaltechnik wie UND / ODER / FlipFlop usw.