آشنایی با FPGA – نرم‌افزارها و انواع FPGAها

وقتی به تازگی وارد دنیای طراحی با FPGA می‌شوید، نام نرم‌افزارها و انواع FPGAها به گوشتان خواهد خورد. اما هرچه زمان می‌گذرد و تجربه بیشتری پیدا می‌کنید، معمولاً با توجه به برندی که برای FPGA انتخاب کرده‌اید، با تعداد محدود و مشخصی از نرم‌افزارها سرو کار خواهید داشت. اما دلیل این تنوع در نرم‌افزارها چیست و برای انجام طراحی‌های مهم واقعاً با کدامیک سروکار خواهیم داشت؟

نرم‌افزارهای مرتبط با طراحی دیجیتال به کمک FPGA

همانطور که در بخش قبل شرح داده شد، طراحی دیجیتال با FPGA شامل مراحل مختلفی مثل ورود طرح، شبیه‌سازی منطقی، سنتز، شبیه‌سازی زمانی، جانمایی و مسیریابی، ساخت فایل پیکر‌بندی و نهایتاً پیکره‌بندی FPGA است. شرکت‌های مختلفی وجود دارند که برای این مراحل مختلف، نرم‌افزارهای خاصی را طراحی کرده‌اند.

مثلاً نرم‌افزار Active-HDL ساخته شرکت Aldec برای ورود طرح و انجام انواع شبیه‌سازی خصوصاً در محیط‌های دانشگاهی بسیار رایج است. برای انواع شبیه‌سازی، نرم‌افزار ModelSim ساخت شرکت Mentor Graphics یک نرم‌افزار بسیار قدرتمند و محبوب در بین طراحان حرفه‌ای دیجیتال است. برای سنتز طرح‌های دیجیتالی، نرم‌افزارهای Synplify و Leonardo Spectrum به ترتیب توسط شرکت‌های Synopsys و Mentor Graphics به صورت حرفه‌ای طراحی شده‌اند.

به جز نرم‌افزارهایی که برای مراحل مختلف پیاده‌سازی توسط شرکت‌های مختلف طراحی شده‌اند، شرکت‌های سازنده تراشه FPGA نیز نرم‌افزارهای بسیار کاملی را ارائه می‌دهند که به کمک آنها می‌توان تمام مراحل طراحی از ورود طرح تا پیکره‌بندی FPGA را انجام داد. باید به این نکته توجه کرد که انجام مراحل پایانی پیاده‌سازی مثل ساخت فایل پیکره‌بندی و بارگذاری آن در FPGA فقط توسط نرم‌افزارهای شرکت سازنده FPGA مورد نظر قابل انجام است.

معمولاً طراحان حرفه‌ای، استفاده از نرم‌افزار ساخت شرکت سازنده تراشه FPGA را ترجیح داده و ممکن است در بعضی مراحل طراحی از نرم‌افزارهای شرکت جانبی دیگر به صورت کمکی استفاده کنند. به عنوان مثال، افرادی که با FPGAهای شرکت Xilinx کار می‌کنند، از نرم‌افزار این شرکت به نام ISE Design Suite استفاده می‌کنند. اما در کنار آن ممکن است برای انجام شبیه‌سازی از نرم‌افزار ModelSim شرکت Mentor Graphics استفاده کنند.

طراحانی که از تراشه‌های FPGA شرکت Altera استفاده می‌کنن، از نرم‌افزار ساخت این شرکت یعنی Quartus II استفاده می‌کنند. این طراحان نیز ممکن است برای بعضی از مراحل مثل شبیه‌سازی یا سنتز، از نرم‌افزارهای دیگر نیز کمک بطلبند.

شرکت‌های مهم تولید کننده FPGA

شرکت‌های مختلفی در دنیا در حال تولید تراشه‌های FPGA هستند. گرچه ماهیت تولیدات تمام این شرکت‌ها مشابه است، اما هر کدام سعی می‌کنند با ارائه محصولی که از نظر الکترونیکی خصوصیات مطلوب‌تری دارد، از دور رقابت خارج نشوند. نکته مهم دیگر برای باقی ماندن در این بازار رقابت، ارائه نرم‌افزارها و خدمات جانبی قوی‌تر است که باعث تفاوت قابل توجه در جذب مشتریان شده است.

از شرکت‌های مهم تولید کننده تراشه‌های FPGA می‌توان به Xilinx ،Altera ،Lattice Semiconductor و Microsemi و QuickLogic اشاره کرد. در میان این شرکت‌ها، Xilinx و  Altera بیشترین میزان فروش را در دنیا و در کشور خودمان ایران دارند.

شکل زیر آماری را که در این زمینه در سال ۲۰۱۲ تهیه شده نشان می‌دهد. همانطور که در شکل دیده می‌شود، حدود نیمی از طراحان دیجیتال از FPGAهای شرکت Xilinx استفاده می‌کنند. شرکت Altera با ۴۰ درصد در جایگاه دوم قرار دارد و تمام شرکت‌های دیگر فقط حدود ۱۱ درصد کل بازار را در اختیار دارند.

در ایران نیز اکثر شرکت‌های فعال در زمینه طراحی دیجیتال با FPGA از محصولات یکی از دو شرکت Xilinx یا Altera استفاده می‌کنند. اگر شما با یکی از این محصولات آشنا شده و به طراحی با آن بپردازید و سپس روزی قصد طراحی با محصولات شرکت‌های دیگر را داشته باشید، نیاز به فراگیری دو موضوع دارید که البته برای طراحی که تجربه کار با محصولات یکی از شرکت‌ها را داشته باشد به هیچ وجه دشوار و زمان‌بر نیست. اولاً باید با معماری و منابع سخت‌افزاری موجود در FPGA مورد نظر آشنا شوید. سپس باید با نرم‌افزارهای مخصوص آن شرکت آشنا شوید تا مراحل مختلف طراحی را به کمک آن انجام دهید.

هر کدام از شرکت‌های تولید کننده تراشه‌های FPGA خود دارای محصولات بسیار متنوعی هستند که بر مبنای نیاز مختلف کاربران و طراحان تولید شده است. جدول ۱ محصولات اصلی شرکت‌های Xilinx و Altera را نشان می‌دهد. هر کدام از این محصولات خود دارای نسخه‌های مختلفی است که تفاوت اصلی آنها در مقدار منابع دیجیتالی موجود در هر کدام است.

آیا مقاله آشنایی با FPGA – نرم‌افزارها و انواع FPGAها برای شما مفید بود؟