FPGA Nedir? Kullanım Alanları, Mimarisi ve Programlama Dilleri

FPGA Nedir?

FPGA "Field Programmable Gate Array" yani Türkçesiyle "Alan Programlanabilir Kapı Dizisi", belirli bir programlama dili kullanılarak programlanabilen, tekrar tekrar yapılandırılabilen ve uygulamalarda çeşitli işlevleri yerine getirebilen bir tür dijital devrelerdir.

FPGA, belirli bir amaca yönelik özel bir entegre devre tasarlama süreci yerine, kullanıcıların ihtiyacına göre yapılandırılabilir ve programlanabilen yapılardır. FPGA, birden çok mantık kapısını bir arada barındırır ve bu sayede karmaşık mantık işlemlerini gerçekleştirebilirler.

FPGA'lar, birçok özelliği nedeniyle özellikle yüksek performanslı dijital devrelerin tasarlanması için tercih edilir. Bu özellikler şunları içerir:

• Yüksek hızlı işlem
• Yüksek yoğunluk
• Yeniden yapılandırılabilirlik
• Düşük güç tüketimi

Kullanım Alanları Nelerdir?

FPGA'ler, birçok farklı endüstride kullanılmaktadır. Bunlar arasında:

1. Telekomünikasyon: FPGA'lar, telekomünikasyon ekipmanları için sinyal işleme, veri yolu arabirimi, işlemci arabirimi ve diğer işlevler gibi birçok farklı uygulamada kullanılır.
2. Otomotiv: Otomotiv endüstrisi, otomotiv elektroniği gibi alanlarda FPGA'lar kullanır. FPGA'lar, otomobillerdeki güvenlik sistemleri, sürüş yardımı sistemleri ve gösterge paneli gibi birçok farklı uygulamada kullanılabilir.
3. Uzay: FPGA'lar, uzay araçlarında kullanılan işlemci ve kontrol sistemleri gibi birçok farklı uygulamada kullanılır.
4. Askeri: Askeri endüstride, FPGA'lar, radar, sinyal işleme, veri toplama ve diğer işlevler gibi birçok farklı uygulamada kullanılır.
5. Tıp: FPGA'lar, tıbbi görüntüleme sistemleri, dijital diş röntgenleri ve diğer tıbbi ekipmanlarda kullanılır.
6. Endüstriyel Otomasyon: FPGA'lar, endüstriyel kontrol sistemleri gibi uygulamalarda kullanılır.
7. Yapay Zeka: FPGA'lar, yapay zeka uygulamalarında, özellikle derin öğrenme işlemlerinde kullanılmaktadır.

Bu gibi endüstrilerde, FPGA'ların programlanabilirlik ve esneklik sağlaması, hızlı prototipleme ve ürün tasarımı için de faydalıdır. FPGA'lar, yüksek performanslı uygulamalar için geleneksel donanım ve yazılım arasında bir alternatif sunar ve bu nedenle, birçok farklı endüstride kullanılmaktadırlar.

FPGA Mimarisi

FPGA (Field-Programmable Gate Array), bir dijital devreler serisinden oluşan ve programlanabilen bir entegre devre çipidir. FPGA'ların mimarisi, çok sayıda lojik hücreler (logic cell) olarak bilinen programlanabilir bloklardan oluşur. Bu bloklar, belirli bir işlevi yerine getiren lojik kapıları (AND, OR, NOT, vb.) içerir.

FPGA'ların çalışma prensibi, programlanabilir blokların, özelleştirilmiş bir dijital devre yapısı oluşturmak için birleştirilmesine dayanır. Bu, kullanıcının ihtiyacına göre FPGA'ların programlanabilmesine olanak tanır. FPGA'ların programlanabilir olması, tasarımın değiştirilmesini ve yeniden yapılandırılmasını kolaylaştırır.

FPGA'ların temel mimarisi, programlanabilir blokların yanı sıra giriş/çıkış blokları (input/output block) ve bağlantı bloklarını (interconnect block) içerir. Giriş/çıkış blokları, FPGA'nın dış dünya ile iletişim kurmasını sağlar. Bağlantı blokları ise programlanabilir bloklar arasındaki bağlantıların yapılandırılmasını sağlar.

FPGA'lar, uygulamanın gereksinimlerine göre programlanabilir. Bu, FPGA'ların esneklik ve yüksek performans sağlamasına olanak tanır. FPGA'lar, endüstriyel otomasyon, telekomünikasyon, otomotiv, tıp, uzay ve savunma gibi birçok farklı endüstride kullanılır.

Programlamak İçin Kullanılan Diller ve Ortamlar

FPGA programlama dilleri, genellikle yüksek seviyeli programlama dilleri ile donanım tanımlama dillerinin (HDL - Hardware Description Language) bir kombinasyonudur. Bu diller, FPGA'nın programlanması ve tasarlanmasında kullanılır.

HDL dilleri, tasarlanan devrenin işlevini ve bileşenlerinin ilişkisini tanımlayan bir dizi komut kümesidir. HDL dilleri arasında VHDL (VHSIC Hardware Description Language) ve Verilog en yaygın olarak kullanılanlardır.

Bunun yanı sıra, FPGA programlamada kullanılan diğer yüksek seviyeli diller arasında C/C++, Python, MATLAB, LabVIEW ve Java gibi diller yer alır. Bu diller, FPGA programlamayı daha kolay hale getirmek için tasarlanmıştır.

Ayrıca, FPGA'ların programlanmasında kullanılan tasarım araçları (design tools) da vardır. Bu araçlar, tasarımın doğruluğunu kontrol etmek, sentezlemek, simüle etmek ve yüklemek için kullanılır. FPGA tasarım araçları arasında Vivado, Quartus, ise Design Suite, Xilinx ISE ve ModelSim gibi yazılımlar yer alır.

Blogum içerisinde yukarıda bahsettiğim Verilog ve VHDL programlama dilleri ile ilgili yazılara ulaşabilirsiniz. Ayrıca diğer yüksek seviye dilleri olan C/C++, Python ve Matlab ile ilgili yazılara da sıkça yer vermekteyim. 

Yazıyı incelediğiniz için teşekkürler.

Sağlıcakla kalın.