Let's Discover FPGA !!

La technologie FPGA (Field-Programmable Gate Array) continue de gagner du terrain au domaine :  le march� mondial du FPGA devrait passer d'1,9 milliard de dollars en 2005 � 2,75 milliards d'ici 2010. Depuis leur invention par Xilinx en 1984, les FPGA sont partis d'un simple r�le d'� interfa�age d'appoint � pour arriver � v�ritablement remplacer les ASIC (circuits int�gr�s � application sp�cifique) et les processeurs personnalis�s dans des applications de contr�le et de traitement de signaux.

Afin d'expliquer ce succ�s, cet article propose une introduction � la technologie FPGA et met en �vidence quelques-uns des nombreux avantages que les FPGA sont aujourd'hui les seuls � offrir, introduire le lien direct entre FPGA et VHDL.

Les FPGA (Field Programmable Gate Arrays ou "r�seaux logiques programmables") sont des composants enti�rement reconfigurables ce qui permet de les reprogrammer � volont� afin d'acc�l�rer notablement certaines phases de calculs.

L'avantage de ce genre de circuit est sa grande souplesse qui permet de les r�utiliser � volont� dans des algorithmes diff�rents en un temps tr�s court.
Le progr�s de ces technologies permet de faire des composants toujours plus rapides et � plus haute int�gration, ce qui permet de programmer des applications importantes.
Les FPGA sont bien distincts des autres familles de circuits programmables tout en offrant le plus haut niveau d'int�gration logique.
Les circuits FPGA sont constitu�s d'une matrice de blocs logiques programmables entour�s de blocs d'entr�e sortie programmable. L'ensemble est reli� par un r�seau d'interconnexions programmable. 
Il y a 4 principales cat�gories disponible commercialement:

• Tableau sym�trique.

• En colonne.

• Mers de portes.

• Les PLD hi�rarchique.

Voici la structure interne d'un FPGA de type matrice sym�trique. Il s'agit de l'architecture que l'on retrouve dans les FPGA de la s�rie XC4000 de chez Xilinx.

On programme aussi les interconnexions entre les cellules:

Anisi que les entr�es et sorties du circuit. L'avantage des FPGA est de pouvoir �tre configur� sur place, sans envoi du circuit chez le fabricant, ce qui permet de les utiliser quelques minutes apr�s leur conceptions. Les FPGA les plus r�cents sont configurables en une centaine de millisecondes. Les FPGA sont utilis�s pour un d�veloppement rapide et bon march� des ASIC.

Les cinq principaux atouts de la technologie FPGA:

• Performances
• Temps de mise sur le march�
• Co�t
• Fiabilit�
• Maintenance � long terme

Passons au VHDL maintenant, en faite la d�finition g�n�rale de cette derni�re va vous expliquez pourquoi on la utilise au programmation du FPGA.

VHDL est le sigle de VHSIC hardware description language ; VHSIC vient quant � lui de very-high-speed integrated circuits, une initiative de la D�fense am�ricaine dans les ann�es 1980 visant la construction de circuits int�gr�s tr�s rapides. Le VHDL est un langage de description du mat�riel utilis� en �lectronique. En tant que standard, il est ind�pendant du logiciel utilis� pour la compilation, la programmation des composants, la simulation, etc.Il autorise plusieurs m�thodologies de conception (comportemental, flot de donn�es, structurel) tout en �tant d'un tr�s haut niveau d'abstraction en �lectronique (il est ind�pendant de la technologie utilis�e : FPGA, CPLD, ASIC, etc.). Cette abstraction permet d'ailleurs de le simuler sur ordinateur avant de programmer la moindre puce.Lors de sa conception, l'objectif n'�tait pas de produire un nouveau langage ex nihilo : la D�fense avait r�cemment mis au point le langage Ada, il �tait pr�f�rable de partir sur ces bases et en exploiter autant que possible la syntaxe, en l'adaptant au contexte de l'�lectronique num�rique.  

Il n'est pas le seul sur le march� : Verilog, par exemple, est �galement un langage tr�s utilis�, poss�dant une syntaxe fort diff�rente mais des fonctionnalit�s �quivalentes, si ce n'est �gales. VHDL semble plus utilis� en Europe. Une belle proportion des outils disponibles supportent indiff�remment les deux.

Aujourd'hui je vais vous montrer comment initialer un tel projet en VHDL et le faire implanter sur une carte FPGA.

Le logiciel sur lequel on va �crire nos programme en VHDL est :

ISE WebPACK Design Software

Voici ce premier exemple du programme VHDL fait pas � pas sur ISE dans la vid�o si dessous:

Le programme que j'ai �crit si dessus est celui la :

-- Company: 
-- Engineer: Aymen Lachkhem 
-- Create Date:    19:06:52 03/21/2016 
-- Design Name: 
-- Module Name:    Logic_Gate_Code - Behavioral 
-- Project Name: 
-- Target Devices: 
-- Tool versions: 
-- Description: 
-- Dependencies: 
-- Revision: 
-- Revision 0.01 - File Created
-- Additional Comments: 
---------------------------------------------------------------------
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
-- Uncomment the following library declaration if using
-- arithmetic functions with Signed or Unsigned values
--use IEEE.NUMERIC_STD.ALL;

-- Uncomment the following library declaration if instantiating
-- any Xilinx primitives in this code.
--library UNISIM;
--use UNISIM.VComponents.all;
entity Logic_Gate_Code is
    Port ( x : in  STD_LOGIC;
           y : in  STD_LOGIC;
           s : out  STD_LOGIC);
end Logic_Gate_Code;
architecture Behavioral of Logic_Gate_Code is
begin
s <= x AND y;
end Behavioral;

Ce logiciel nous offre l'utilit� d'�viter d'�crire notre programme comme si dessous en mais de faire r�aliser une programmation graphique " Schematic" , c�ci facilite la programmation il suffit de choisir les ports ou les circuits int�gr�es ou les portes logiques qu'on a besoin de le faire connecter pour avoir notre fonctionnement demand�.
Voila un exemple de ce que j'ai dis, dans la vid�o au dessous j'ai r�alis� un projet sur ISE pas � pas mais au lieu d'�crire mot a mot mon programme j'ai juste fait intervenir le Schematic.