کتاب آموزش کاربردی FPGA

کتاب آموزش کاربردی FPGA نوشته‌ی امیر عزیزی می‌کوشد تراشه‌ی FPGA را معرفی کند، زبان‌های توصیف سخت‌افزاری آن را توضیح دهد و شبیه‌سازی آن در نرم‌افزار ISE را بیاموزد. راهنمای پیش رو، ساختمان این بُرد نیمه‌رسانا و مدارهای آن را تشریح می‌کند، مفاهیم بنیادی زبان برنامه‌نویسی آن، یعنی VHDL را می‌گوید و شیوه‌ی به‌کارگیری آن در یک پروژه‌ی عملی را نشان می‌دهد.

درباره‌ی کتاب آموزش کاربردی FPGA

در طراحی بُردهای الکتریکی عموماً از مدارهای مجتمعی به نام میکروکنترلر استفاده می‌شود. میکروکنترلرها در فناوری و تکنولوژی‌های امروزی نقش انکارناپذیر دارند و تقریباً در هر محصولی الکترونیکی وجود دارند. ولی این ابزارها یک محدودیت مهم دارند؛ نمی‌توانند هم‌زمان چند عمل را پردازش کنند و فرمان دهند. به عبارت ساده‌تر، میکروکنترلرها به‌صورت متوالی فرآیندها را بررسی می‌کنند و یکی پس از دیگری آن‌ها را اجرا می‌کنند. این مسأله در مقیاس کوچک شاید چندان به چشم نیاید ولی در دستگاه‌های بزرگ و ماشین‌های پیچیده می‌تواند مشکل‌ساز باشد. چون زمان زیادی صرف می‌کند و عملاً باعث تأخیر در عملیات می‌شود. برای حل این موضوع، نوعی بُردهای نیمه‌رسانا طراحی شده و توسعه پیدا کرده‌اند که قابلیت پردازش هم‌زمان عملیات‌ها را دارند. به این تراشه‌ها اصطلاحاً FPGA یا Field-programmable gate array گفته می‌شود که امروزه از آن‌ها در انواع صنایع از هوافضا و مخابرات تا رباتیک و پزشکی استفاده می‌شود. این بُردها ویژگی‌های خاصی دارند که باعث شده بتوان با کمک آن‌ها ابزارهای سخت و پیچیده را ساخت. کتاب آموزش کاربردی FPGA نوشته‌ی امیر عزیزی این تراشه را معرفی می‌کند و می‌کوشد مفاهیم بنیادین آن را توضیح دهد. این راهنما در قالب یک پروژه عملی نشان می‌دهد که چطور می‌توان FPGA را طراحی کرد و از آن استفاده نمود.

FPGA از واحدهایی الکترونیکی کوچکی تشکیل‌شده که به آن بلوک یا سلول منطقی گفته می‌شود. در میکروکنترلر و سی‌پی‌یو این واحدها گیت منطقی نام دارند. تفاوت بسیار مهم FPGA با میکروکنترلر و سی‌پی‌یو در همین واحدهاست؛ گیت‌های منطقی از پیش برنامه‌ریزی و معماری شده‌اند. این گیت‌ها که دستورهایی ساده را اجرا می‌کنند، قابل‌تغییر نیستند و نمی‌توان در آن دست برد. اما بلوک‌های منطقی را می‌توان برنامه‌ریزی کردریال برای آن‌ها دستور نوشت و معماری‌شان کرد. این تفاوت به FPGA این امکان را داده تا بتواند بُردهایی مشکل و غیرممکن را طراحی کند. امیر عزیزی در کتاب آموزش کاربردی FPGA، پس‌ از اینکه ساختمان این تراشه را تشریح کرد، به زبان برنامه‌نویسی آن، یعنی VHDL اشاره می‌کند و مفاهیم بنیادین آن را توضیح می‌دهد. VHDL منطق خاص خود را دارد و با زبان‌های رایج تفاوت‌ دارد. او در ادامه نحوه‌ی شبیه‌سازی آن در نرم‌افزار ISE را می‌گوید و راه‌اندازی LCDهای کاراکتری با کمک این ابزار را آموزش می‌دهد.

کتاب آموزش کاربردی FPGA را مؤسسه‌ی فرهنگی هنری دیباگران تهران منتشر کرده است.

کتاب آموزش کاربردی FPGA برای چه کسانی مناسب است؟

این کتاب به مهندسین برق و کسانی که می‌خواهند با این نوع تراشه‌ی منحصربه‌فرد و کاربردی آشنا شوند، توصیه می‌شود.

در بخشی از کتاب آموزش کاربردی FPGA می‌خوانیم

علاوه بر سرعت و پردازش موازی، مزیت دیگر FPGA امکان استفاده همزمان از استانداردهای ولتاژی مختلف از قبیل HSTL، SSTL، LVTTL، LVDS و ... می‌باشد، به‌طوری که می‌توان با اتصال ولتاژهای مرجع مناسب به پایه‌های مشخص شده، با استانداردهای مختلف به طور همزمان ارتباط داشت. این موضوع به حذف تراشه‌های مبدل ولتاژ منجر می‌شود که به نوبه خود به کاهش هزینه، حجم سیستم و همچنین مصرف جریان آن منتهی می‌شود.
امروزه تراشه‌های FPGA در معماری داخلی خود از بلوک‌های ضرب کننده، حافظه RAM و بسیاری از المان‌های پرکاربرد دیگر استفاده می‌کنند که این امر نیاز به استفاده از تراشه‌های جانبی دیگر را منتفی می‌کند. همچنین، تولیدکنندگان تراشه‌های FPGA در کنار محصولات خود بلوک‌ها و کدهای آماده‌ای را برای پیاده‌سازی سیستم‌های دیجیتال ارائه نموده‌اند که در این میان می‌توان به تقسیم کننده، انواع فیلترهای دیجیتال، بلوک‌های محاسبه ، FFT هسته‌های ارتباط با گذرگاه PCI و بسیاری از موارد متنوع دیگر اشاره نمود. با استفاده از این بلوک‌های آماده می‌توان به طراحی سیستم‌های دیجیتال سرعت بخشید.