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FPGA は、用途や機能が決まっているデバイスとは異なり、自由に、かつ必要な機能だけを盛り込めます。真っ白なキャンバスに絵を描くように、空っぽな箱(実際は空っぽではありませんが)に設計者が論理回路を作りこんでいくイメージです。そして、設計途中でも開発終了後でも、必要に応じて回路仕様をすぐに変更できるプログラマブル・ロジックなので、デバッグをしながら回路修正も可能です。FPGA とは、ユーザーの用途に合ったオリジナル IC が簡単に手元で作ることができる、まさに 「魔法の箱」 なのです。そんな FPGA において、今回はカスタム・ロジックの例を一部ご紹介します。

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例えば。。。
例1) 演算処理をさせる論理回路を構成して算術演算器が作れます。
ハードウェア特有のパラレル処理ができるので、短時間で多くの演算をこなせます。また、FPGA は内部にメモリを搭載しているので、演算した結果をメモリに一旦書き込んで、必要なタイミングで読み出すこともできます。

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例2) DA コンバータ経由でアナログ信号を出力する信号発生器を実現できます。
FPGA 専用に作られた信号発生器の IP (Intellectual Property) コアを用いれば、ゼロから論理回路を作らなくても、短期にかつ簡単に FPGA に実装できます。

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例3) 通信規格の異なる環境をつなぐための中継デバイスとして活用できます。
各通信規格に準拠できるように専用の IP やライブラリも用意されています。また、FPGA は1チップで複数の I/O 規格をサポートしています。そのため I/O 規格の異なる様々な周辺デバイスと接続することができます。


[関連記事] I/O規格についての知識(「ほんとのほんとの導入編: その3. 開発をはじめるために必要な知識」より)

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例4) DSP (Digital Signal Processor) 機能を構築して画像処理が行えます。
FPGA は演算処理に適した乗算回路 (DSP ブロック) を内蔵しているので、画像処理向けの IP やライブラリを活用して簡単に画像処理エンジンを構成することができます。さらに、FPGA 内蔵のメモリを使ってフィルタ処理やコーデック処理を高速に実行できます。トランシーバーを内蔵しているシリーズも多いので、ビデオ信号をシリアル伝送することもできます。

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例5) ローパスフィルタを構成してノイズをカットできます。

FPGA 内部にある DSP ブロックや IP を活用して、フィルタ回路を構築し、信号処理ができます。

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こんな風にユーザーが欲しかった機能がワンチップで実現できちゃうんです。
まさに 「FPGA は魔法の箱や~!!」

ちなみにファミリによって搭載されている機能ブロックの有無があるので、全てのファミリが同じことができるわけではありません。

そのため、各デバイスのハンドブックやデータシートを必ずご確認ください。

 

 

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