آموزش طراحی و توسعه و مدل کردن سیستم های دیجیتال با FPGA و VHDL – تکمیلی – پیش ثبت نام

FPGA چیست؟ FPGA (Field-Programmable Gate Array)، یک مدار مجتمع دیجیتال قابل‌برنامه‌ریزی است که متخصصین می‌توانند به وسیله آن و با تغییر چینش گیت‌های منطقی و مدارات داخلی، طراحی‌ها و پردازش‌های اختصاصی خود را پیاده‌سازی کنند. برخلاف مدارهای مجتمع معمولی (ASIC)، FPGA بعد از تولید و حتی در هنگام استفاده نیز می‌تواند مجددا برنامه‌ریزی شود تا به نیازهای جدید یا تغییرات در طراحی پاسخ دهد. این قابلیت به‌ویژه در کاربردهایی مانند پردازش سیگنال، سیستم‌های ارتباطی، محاسبات سریع و هوش مصنوعی که نیاز به انعطاف‌پذیری و بهینه‌سازی بالایی دارند، بسیار کاربردی است. زبان VHDL چیست؟ زبان VHDL (VHSIC Hardware Description Language)، یک زبان توصیف سخت‌افزار است که برای طراحی و مدل‌سازی سیستم‌های دیجیتال، به‌ویژه مدارهای مجتمع دیجیتال نظیر FPGA و ASIC، به کار می‌رود. VHDL به طراحان اجازه می‌دهد که سیستم‌های دیجیتال پیچیده را در سطحی انتزاعی و قابل‌فهم تعریف و شبیه‌سازی کنند و این طرح‌ها را به‌طور مستقیم به مدارهای سخت‌افزاری واقعی تبدیل کنند. اهمیت یادگیری طراحی و توسعه و مدل کردن سیستم‌های دیجیتال با FPGA و VHDL پیشرفته چیست؟ طراحی، توسعه و مدل‌سازی سیستم‌های دیجیتال با استفاده از FPGA و زبان VHDL ابزاری کارآمد برای پیاده‌سازی در محیط نرم‌افزارهای مرتبط با پیاده‌سازی سخت‌افزار به شمار می‌آید. این روش، دیدگاه ما را از طراحی دیجیتال کلاسیک که فاقد محیط‌های نرم‌افزاری و روش‌های نوین طراحی است، به‌کلی متحول کرده است. در این رویکرد، به جای استفاده از جدول درستی، گیت‌های منطقی، و کاغذ و قلم، از زبان‌های توصیف‌کننده سخت‌افزار مانند VHDL و Verilog استفاده می‌شود تا طرح‌ها در محیط ویرایشگر متنی کدنویسی شده و سپس به مدارهای سخت‌افزاری واقعی تبدیل گردند. به‌روزرسانی دانش در زمینه دیجیتال و معماری کامپیوتر، که آشنایی آن‌ها در سطح تئوری وجود دارد، افراد را برای فراگیری فناوری پیشرفته‌ای که در سرعت و پیاده‌سازی انواع پردازنده‌ها در الکترونیک جایگاه ویژه‌ای دارد، آماده می‌کند. با داشتن این دانش در سطح مقدماتی، می‌توان برای یادگیری عمیق‌تر در فناوری FPGA، به‌ویژه در حوزه‌هایی نظیر پردازش سیگنال و اینترفیسینگ پیچیده، گام‌های بعدی را برداشت. در این فرادرس چه چیزی یاد می‌گیریم؟ در این آموزش، در یک فرایند گام‌به‌گام و پس از آشنایی با تراشه‌های FPGA، به بررسی ساختار این قطعات نوین و پرسرعت در دنیای ریزپردازنده‌ها از دید سخت‌افزار و نرم‌افزار، در محیط نرم‌افزاری ISE_Ver 14.7 و جدیدترین پلتفرم پیاده‌سازی سیستم‌های دیجیتال خودکار شرکت Xilinx یعنی Vivado_Ver 2019.1 می‌پردازیم. در ادامه، با استفاده از زبان توصیف سخت‌افزار VHDL و با بهره‌گیری از عبارات و ساختارهای متنوع آن، نکات کلی و جزئیات مهم این زبان را در قالب مثال‌های کاربردی، شامل انواع ماژول‌های دیجیتالی بیان کرده و آن‌ها را برای سنتز نرم‌افزاری آماده می‌سازیم. علاوه بر این، با هسته‌های اینترنتی مبتنی بر IP و مولدهای هسته در محیط نرم‌افزاری پیاده‌ساز سخت‌افزار کار خواهیم کرد و مسیر آموزش را با ذکر مثال‌های عملیاتی ادامه خواهیم داد. در گام‌های بعدی نیز به پیاده‌سازی و مدل‌سازی مدارهای دیجیتال بر روی FPGA‌ها و شبیه‌سازی آن‌ها در محیط پیاده‌سازی سخت‌افزار شرکت Xilinx می‌پردازیم و بدین ترتیب روند آموزشی را تکمیل می‌کنیم.

فرادرس

اکبر قاصری نیکجه