Las FPGA (Field-Programmable Gate Array) son dispositivos electrónicos programables que se utilizan para implementar circuitos digitales. En esencia, una FPGA es un conjunto de bloques lógicos (puertas lógicas, flip-flops, multiplexores, etc.) y conexiones programables que permiten al diseñador crear un circuito a medida para una aplicación específica.
¿Qué es lo que se programa en una FPGA? En resumen, se programa la funcionalidad que se desea implementar. Por ejemplo, se puede programar una FPGA para que realice operaciones matemáticas, se comunique con otros dispositivos electrónicos, procese señales de video, etc. La programación de una FPGA se realiza mediante un lenguaje de descripción de hardware (HDL) como VHDL o Verilog. Es decir, en lugar de escribir código en un lenguaje de programación convencional, se describen las conexiones y bloques lógicos que conforman el circuito.
Existen diferentes tipos de FPGA. Algunas de las características que pueden variar son el tamaño, la velocidad de procesamiento, el número de bloques lógicos y la capacidad de almacenamiento. Además, algunas FPGA incluyen funciones específicas como DSP (procesamiento digital de señales), interfaces de red o de memoria, entre otras.
Las FPGA actuales tienen una gran capacidad y flexibilidad. Por ejemplo, algunas FPGA pueden contener más de un millón de bloques lógicos y operar a velocidades de varios gigahercios. Además, las FPGA modernas incluyen características que las hacen adecuadas para aplicaciones críticas en términos de rendimiento y consumo de energía, como la reducción de la latencia y la optimización del uso de recursos.
Las FPGA fueron inventadas en la década de 1980 por Ross Freeman, quien fundó la empresa Xilinx para comercializarlas. Desde entonces, las FPGA se han convertido en una herramienta fundamental para el diseño de circuitos digitales.
¿Qué ventajas y desventajas tiene un FPGA vs ASIC? En términos generales, las FPGA ofrecen una mayor flexibilidad que los ASICs (Application-Specific Integrated Circuits). Mientras que las FPGA se pueden programar y reprogramar, los ASICs son circuitos integrados diseñados específicamente para una tarea y no se pueden modificar fácilmente. Por otro lado, los ASICs suelen ser más eficientes en términos de consumo de energía y rendimiento, ya que están optimizados para una tarea específica.
En conclusión, las FPGA son una herramienta versátil y poderosa para la electrónica digital. Permiten a los diseñadores crear circuitos a medida para aplicaciones específicas y se pueden programar y reprogramar para adaptarse a las necesidades cambiantes. Si bien tienen algunas limitaciones en términos de rendimiento y consumo de energía en comparación con los ASICs, las FPGA siguen siendo una opción atractiva para muchas aplicaciones debido a su flexibilidad y capacidad de adaptación.
Las ventajas de las FPGA sobre un microcontrolador son la capacidad de procesamiento paralelo, la flexibilidad en la reprogramación de la lógica digital y la posibilidad de implementar circuitos complejos en un solo chip. Además, las FPGA pueden realizar tareas específicas de manera más eficiente que los microcontroladores, lo que las convierte en una herramienta versátil y potente para la electrónica digital.
Un FPGA libre es un tipo de FPGA cuyo diseño está disponible públicamente y se puede modificar y distribuir libremente. Esto permite a los usuarios personalizar el hardware para cumplir con sus requisitos específicos y también fomenta la innovación y el desarrollo colaborativo en el campo de la electrónica digital.
Para programar un CPLD se utiliza un software de diseño de circuitos digitales que permite la creación de un archivo de configuración en formato JEDEC. Este archivo se carga en el dispositivo a través de un programador que se conecta al CPLD mediante un puerto JTAG. También es posible programar el CPLD directamente desde la placa de desarrollo utilizando una conexión USB.