FPGA

Field Programmable Gate Array (FPGA)

Bila dilihat dari segi namanya, Field Programmable dapat diartikan bahwa FPGA ini bersifat dapat dirancang sesuai dengan keinginan dan kebutuhan user/pemakai tanpa melalui tahap “burn” di laboratoruim atau di “hardwire” oleh pabrik piranti. Sedangkan Gate Array artinya bahwa FPGA ini terdiri atas gerbang-gerbang digital dimana interkoneksi masing-masing gerbang tersebut dapat dikonfigurasikan antara satu sama lainnya.

Jadi Field Programable ate Array (FPGA) adalah Komponen elektronika dan semi konduktor yang dirancang sesuai kebutuhan yang terdiri dari gerbang-gerbang digital yang memiliki interkoneksi yang dapat di konfigurasi antara satu dan lainnya.

FPGA

Perlu diingat bahwa FPGA merupakan sebuah IC digital yang bersifat programmable. User/pemakai dapat memakai IC digital ini secara berulang-ulang untuk menyesuaikan program apa yang akan didownload ke dalam FPGA ini. Program tersebut nantinya akan dibuat oleh user menggunakan software yang ada untuk kemudian

disimulasikan. Setelah simulasi berjalan lancar dan berhasil, program tersebut siap untuk didownload ke dalam FPGA, begitu mudah, efisien dan sederhana. Jika program tersebut gagal untuk disimulasikan, maka user/pemakai hanya perlu menyusun ulang program dalam komputer sesuai yang dibutuhkan dan ketika siap, download lagi program tersebut ke FPGA, begitu untuk seterusnya.

Selain itu, perlu diingat juga bahwa FPGA ini bersifat volatile, yang artinya ketika sumber daya yang menyuplainya dicabut maka secara otomatis FPGA akan kehilangan fungsinya. Jadi FPGA ini tidak mampu menyimpan program ketika supply tenaganya dicabut. User/pemakai harus mendownload ulang program ke dalam FPGA lagi untuk mengimplementasikan program tersebut.

Hal-hal yang bisa digunakan dengan FPGA

1. Anda bisa mengisi-ulang (memprogram-ulang) FPGA sebanyak yang Anda inginkan – tidak terbatas – dengan berbagai macam fungsi logik yang Anda inginkan.
2. Jika Anda melakukan kesalahan pada rancangan Anda, cukup betulkan kesalahan tersebut, lakukan kompilasi ulang kemudian unduh (download) lagi.
3. Rancangan Anda bisa bekerja lebih cepat dibandingkan dengan rancangan yang Anda buat dengan komponen-komponen biasa, karena, dengan FPGA, hampir semua rangkaian terimplementasi di dalam chip.
4. FPGA (secara umum, kecuali yang dilengkapi Flash PEROM) akan kosong saat tidak dikenai catu-daya (seperti RAM). Anda harus mengunduh ulang rangkaian Anda agar bisa berfungsi kembali seperti semula.

• Sejarah Singkat Field Programable Gate Array (FPGA)

FPGA ini dikembangkan sejak tahun 1984 oleh perusahaan Xilinx yang berbasis di San Jose, CA. Perkembangan selanjutnya, FPGA ini mulai diproduksi oleh beberapa perusahaan misalnya, Altera, Lattice, dan Quicklogic. Diantara perusahaan-perusahaan tersebut, terdapat 2 perusahaan yang mendominasi produksi FPGA di seluruh dunia yaitu Xilinx dan Altera.

Ada 5 perusahaan besar yang memproduksi FPGA. Dua yang pertama merupakan pemain utama di pasar FPGA:

1. Xilinx yang punya nama besar dalam dunia FPGA, masih memimpin dalam densitas dan teknologi.
2. Altera merupakan pemain kedua terkenal di dunia FPGA, terkenal dengan namanya. Lattice, Actel, Quicklogic adalah perusahaan-perusahaan yang lebih kecil dan punya “pasar khusus”

• Sifat-Sifat Field Programable Gate Array (FPGA)

1. Programnya dapat di program secara berulang-ulang
2. Field Programable Gate Array (FPGA) dapat di download secara berulang-ulang
3. Dia bersifat Volatil (dia sangat bergantung pada listrik)
4. Hampir semua rangkaian Fiel Programable Gate array (FPGA) sudah tergantung pada chip FPGA
5. Murah (biaya’a murah dalam permodelan)

• Isi Field Programable GAte Array (FPGA)

Seperti yang diketahui, Field Programmable Gate Array atau yang lebih dikenal dengan FPGA merupakan sebuah IC digital yang dapat diprogram sesuai dengan kehendak pemakainya.

Awal mula dari adanya FPGA ini tidak lepas dari adanya alat elektronik, yaitu transistor. Transistor merupakan alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai komponen pemutus dan penyambung(switching), dan stabilisasi tegangan. Pada umumnya, transistor ini berfungsi sebagai saklar arus listrik yang hendak masuk ke suatu rangkaian elektronik.

Perkembangan selanjutnya, adalah munculnya IC (Integrated Circuit) sekitar tahun 1950-an. Komponen elektronik ini lebih dikenal sebagai otak dari sebuah peralatan elektronika seperti televisi, handphone, computer, dsb. Kemudian berturut-turut muncul komponen lain, seperti DRAM, SRAM, microprocessor, ASIC hingga sampai pada FPGA.

Komponen penyusun FPGA

Bila dilihat dari segi bentuknya, FPGA tak berbeda jauh dengan bentuk IC-IC lainnya. Hanya saja, bila dilihat dari isinya FPGA memiliki bagian yang berbeda dengan komponen IC pada umumnya. Berikut isi dari FPGA pada umumnya:

1. Configure Logic Blocks (CLB). Bisa dikatakan, bagian inilah yang akan memproses segala bentuk rangkaian logika yang dibuat oleh user/pemakai.
2. I/O Blocks. Sebagai interface antara external pin dari device dan internal user logic
3. Programmable Interconnect. Bagian ini berisi wire segments dan programmable switches, selain itu bagian ini juga akan menghubungkan antara CLB satu dengan CLB lainnya.

• Cara Mendownload Program ke Dalam FPGA

Sebuah FPGA (Field Programmable Gate Array) dapat terbagi atas dua kondisi yaitu kondisi awal (configuration mode) dan kondisi pemakai (user mode). Ketika pertama kali FPGA dihidupkan, maka otomatis keadaan FPGA ini berada dalam kondisi awal.

Proses mendownload program ke dalam FPGA bertujuan untuk mengirimkan berkas-berkas bilangan biner (0 dan 1) melalui beberapa pin khusus. Setelah proses download dilakukan dan FPGA kemudian telah siap digunakan, maka inilah yang sering disebut kondisi pemakai. Pada kondisi ini FPGA telah aktif dan program yang didownload ke dalamnya dapat digunakan. Inilah yang dinamakan konfigurasi atau pengaturan pada FPGA.

Bila pada kondisi pemakai, maka otomatis di dalam FPGA telah terdapat program. Program tersebut dibuat, diuji dan disimulasikan dahulu menggunakan PC (komputer). Setelah itu baru proses download program dilakukan. Pada umumnya terdapat 3 cara yang biasa digunakan untuk mendownload program ke dalam FPGA yaitu :

1. Pemakai dapat mendownload langsung program ke dalam FPGA menggunakan kabel yang disambungkan ke PC. Program tersebut dibuat dan diolah menggunakan PC (komputer) dan ketika siap digunakan, baru didownload ke FPGA melalui kabel.
2. Pemakai dapat menggunakan microkontroller pada board yang ada, dengan firmware yang cukup guna mengirimkan data ke dalam FPGA.
3. Pemakai dapat menggunakan “boot-PROM” pada board yang ada, yang dihubungkan ke FPGA, dan mengatur FPGA tersebut supaya secara otomatis bekerja tanpa proses download dulu ke dalamnya (Perusahaan-perusahaan FPGA pada umumnya memiliki spesifikasi khusus untuk tambahan boot-PROMS).

Proses Download Program ke Dalam FPGA

• Cara Kerja Field Programable Gate Array (FPGA)

Sebuah FPGA tersusun dari sebuah bagian yang bernama “logic-cell” (Logic Blocks), yang kemudian pada perkembangannya saling terhubung satu sama lain. Kumpulan-kumpulan dari logic cell ini berjumlah ratusan bahkan ribuan dan membentuk sauatu fungsi yang kompleks. Sebuah logic cell pada dasarnya terdiri atas sebuah lookup table(LUT), D flip-flop, dan sebuah multiplekser 2 ke 1. Berikut ini adalah penjelasan masing-masing.

1. Look Up Table (LUT) merupakan sejenis RAM (Random Acces Memory) yang berkapasitas kecil. Di dalam FPGA, LUT ini memegang peranan penting dalam proses implementasi fungsi-fungsi logika. Selain itu, LUT ini berciri khas memiliki input sejumlah 4 buah.
2. D Flip Flop. Seperti yang diketahui, flip-flop (Bistable Multivibrator) dalah suatu rangkaian sel biner yang memiliki dua buah output yang saling berkebalikan keadaannya (0 atau 1). Di dalam FPGA, terdapat sebuah jenis flip-flop yaitu D flip-flop atau Data flip flop. Rangkaian D flip-flop ini berfungsi sebagai rangkaian logika sekuensial dimana di dalamnya terdapat peralatan memori dan pewaktu.
3. Multiplekser 2 ke 1. Sebuah multipleser adalah piranti digital yang bekerja sebagai switch (saklar) yang menghubungkan data dari n masukkan ke sebuah keluaran. Multiplekser berfungsi untuk memilih beberapa input untuk hanya menjadi 1 output saja. Di dalam FPGA, terdapat rangkaian multiplekser 2 ke 1 yang artinya, multiplekser tersebut memiliki 2 buah input dan 1 buah output.

Logic Cell

Setiap logic cell tersebut dapat dihubungkan dengan logic cell lainnya melalui jalur/koneksi yang ada. Setiap cell hanya mampu bekerja secara sederhana dan ringkas, Namun bila antara satu cell saling terhubung satu sama lain sebuah fungsi-fungsi logika yang kompleks pun dapat terbentuk.

Logic Cell Yang Terhubung Satu Dengan Yang Lain

sumber : ndoware.com