Rapport VHDL (Vga)

Chapitre 1 :

Présentation de la carte FPGA

I. Introduction aux circuits FPGA :

Les réseaux logiques programmables « FPGA » sont des circuits composés de nombreuses cellules logiques élémentaires librement assemblables. Celles-ci sont connectées de manière définitive ou réversible par programmation, afin de réalisé la ou les fonctions numériques voulues. L’intérêt est qu’une même puce peut être utilisée dans de nombreux systèmes électroniques différents. Certains modèle peuvent aussi comporter : de mémoire d’usage générale, des blocs « DSP » câblés, des boucles a verrouillage de phase pour la génération d’horloge. La plupart des grands FPGA modernes sont basés sur des cellules SRAM aussi bien pour le routage du circuit que pour les blocs logiques à interconnecter.

Un block logique est de manière générale constitué d’une table de correspondance (LUT ou Look-Up-Table) et d’une bascule (Flip-Flop en anglai). La LUT sert à implémenter des équations logiques ayant généralement 4 a 6 entrés et une sorties. Elle peut toutes fois être considérée comme une petite mémoire, un multiplexeur ou un registre a décalage. Le registre permet de mémoriser un état (machine séquentielle) ou de synchroniser un signal (pipeline).

Les densités actuelles ne permettent plus un routage manuel, c’est donc un outil de placement routage automatique qui fait correspondre le schéma logique voulu par le concepteur et les ressources matérielles de la puce. Comme les temps de propagation dépendent de la longueur des liaisons entre cellules logique, et que les algorithmes d’optimisation des placeurs routeurs ne sont pas déterministes, les performances (fréquence max) obtenues dans un FPGA sont variables d’un désigne a l’autre.

L’utilisation des ressources est par contre très bonne et de taux d’occupation des blocs logiques supérieurs à 90 % sont possibles.

II. Avantage/ Inconvénients par rapport l’ASIC :

1. Introduction à l’ASIC :

Un ASIC (pour Application-Specefic Integrated Circuit) est un circuit intègre (micro-électronique) spécialisé. En général, il regroupe un grand nombre de fonctionnalités unique et/ou sur mesure. L’intérêt de l’intégration est de réduire les couts de production et d’augmenter la fiabilité.

2. Les avantages :

Ils ont de nombreux avantages par rapport (ASIC). ASICs sont conçus pour des

applications spécifiques en utilisant les outils de CAD (Computer Aided Design) et fabriqué dans une fonderie. Développer un ASIC prend beaucoup de temps et coûte cher. En outre, il n'est pas possible de corriger des erreurs après fabrication. Contrairement à ASIC, FPGA sont configurés après la fabrication et ils peuvent également être reconfigurés. Cela se fait avec un langage de description de hardware (HDL) qui est compilé en un flux de bits et téléchargé dans le FPGA.

3. Les inconvénients :

Les inconvénients des FPGAs sont que la même demande a besoin de plus d'espace (transistors) sur la puce et l'application s'exécute plus lentement sur un FPGA aussi moderne qu’un circuit ASIC. En raison de l'augmentation de la densité de transistor FPGA devenaient de plus puissant. D'autre part, le développement d'ASIC devenait plus lent et plus coûteux.

Par conséquent, les FPGAs sont de plus en plus appliquées aux systèmes embarqués de haute performance.

4. Les inconvénients :

Un circuit FPGA contient un très grand nombre de macro cellules (environ 32*32 CLB) avec une très grande souplesse d’interconnexion entre eux. Dans le FPGA, le temps de propagation dans les couches logiques du circuit dépend de l’organisation et de la distance entre la macro cellules interconnectées.

Figure 1 : Structure des FPGAs.

5. Description de la carte Altera DE2 :

La carte qu’on a utilisée dans notre projet est la carte de développement Altera DE2.

Figure 2 : Altera DE2.

Cette carte utilise comme cœur un gros FPGA comme cœur et dispose de mémoire (SRAM, SDRAM et Flash), de convertisseurs audio, vidéo et TV, ainsi que d'interfaces IrDA, Ethernet et USB ; il carte est munie d'afficheurs LED et LCD et d'un grand nombre de boutons poussoirs

Voici la description de ces éléments

• Cœur :

 FPGA : (Cyclone II EP2C35F672C6) : 35.000 cellules utilisables dans un boîtier de 672 broches; il s'agit du centre nerveux de la carte.

 Flash de configuration : EPCS16 : cette mémoire permet de stocker de manière non-volatile la configuration du FPGA.

 Horloges : Oscillateurs 27 et 50 MHz et entrée externe.

• Mémoire :

 FLASH : 4 M*8 (10ns).

 SDRAM : 4 M*16 (100 MHz)

 SRAM : 256 k*16 (10ns).

• Périphériques :

 Codec Audio : 24 bits mono (8 - 96 kHz).

 Décodeur Vidéo/TV : NTSC/PAL 50/60 Hz.

 Convertisseur VGA (ADV7123) : jusqu'à 1600*1200@100 Hz.

• Entrées/Sorties :

 Connecteur RS232 : type DB9.

 Connecteur USB 2.0 : types A (host) et B (device), contrôleur : ISP 1362

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