یک سوال تکراری ولی بنیادی!

سلام به دوستان محترم.
بنده سوالی رو میخوام مطرح کنم که البته خودم براش جوابهایی دارم. اما لازم دیدم از نظرات همه دوستان، مخصوصا اونهایی که تجربه وسیع تر و متنوع تری دارند استفاده کنم.
در یک پروژه و مساله از بین چیپهای مختلف از میکروکنترلر و میکروپروسسور ها تا fpga چه مواردی هست که شما رو ناگزیر از استفاده از مورد آخر میکنه. همونطور که میدونید قیمت پیاده سازی یک طرح در fpgaها از همه گرونتر تموم میشه. ممکن هست پروژه ای در چیپ دیگری به قیمت کمتری پیاده شود و قابلیت نسبتا مشابهی داشته باشند.
خواهش میکنم دوستان نظر خودشون رو مطرح بفرمایند مخصوصا دوستانی که با میکروکنترلر و dsp هم کار کردند و مقایسه خوبی میتونند بکنند.
به عنوان مقدمه نظر خودم رو هم میگم. طبیعی است که در مواردی که نیاز به محاسبات همزمان و سریع هست و لازم داریم تایمینگ سیستم به اصطلاح در مشتمان باشد و قابل بهینه سازی و کنترل، از fpga باید استفاده کنیم.

من نه fpga کار کردم نه dsp
ولی خب عقل سلیم و اقتصادی میگه به بهترین نحوه ممکنه کاررو انجام بده طوری که کمترین هزینه رو داشته باشه
مثلا شما فکر میکنید توی ماشین لباسشویی چی استفاده میشه؟
یکی از اساتید با سواد (از نوع واقعی) میگفت z80 استفاده میکنند
الان کتابهای این پروسسور رو توی بازار پیدا نمیکنی
ولی خب چه دلیلی داره بری یه میکروی 32 بیتی گرون قیمت بزاری که هم هزینه ی تولیدش بالا تر میره و هم
هزینه ی نگه داری
ازطرفی این فقط بعد اقتصادی هست
شما باید ببینید توی پروژتون قرار هست چکار کنید و کجا استفاده کنید
مثلا کنار یه dsp با پکیج bga یه fpga هم میزارند که بتونه پایه ها رو سوئیچ کنه
این یک کار هست
یا مثلا شما فکر میکنید دوربینهای سر چهارراه ها از dsp چند میلیونی استفاده میکنه؟
خوب معلومه نه زیر سر هر 4راه یه کامپیوتر هست که توسط اون اطلاعات رو پردازش میکنه
اگر اشتباه نکنم اکثرشون هم ویندوز xp دارند
شما نمیخواهید بخاطر میکروی توی کالا جنس رو بفروشید
خریدار ها اکثرا نمیدون میکرو چی هست؟ و اهمیتی هم نداره نه برای من نه برای اونها
چون اونها فقط و فقط به کیفیت کالا و قیمتش اهمیت میدن

این نمیتونه جواب علمی و مهندسی باشه.
من الان نخواستم پسند مشتری رو ببینم چی هست که مطابق با اون تصمیم بگیرم. بله اینجا ایرانه و سطح خواسته مشتری چیزی هست که الزاما با سطح خواسته مشتری که در آلمان و امریکا زندگی میکنه متفاوته.
من یک تصمیم براساس یک نگاه جامع مهندسی رو خواستم بدونم چی هست. اون هم از نگاههای مختلف. کسی که با ابزارهای مختلف سر و کار داره میتونه بگه هر کدوم رو کجا باید استفاده کرد که هم در هزینه صرف جویی بشه هم در وقت و هم کیفیت مناسب تحویل بشه.
ضمنا اینکه در فلان دستگاه از چیپ دهه هفتاد استفاده میشه دلیل بر این نمیشه من هم همونو استفاده کنم. یه دستگاهی هست که در حال حاضر در ایران داره به خوبی کار میکنه(شاید در جاهای دیگه دنیا هم) بردش پر بود از آیسی های ناشناخته که احتمالا مجموعه ای بوده که کار یه چیپ fpga رو انجام میداده. این دستگاه قبل از اف پی جی ای متولد شده و الان داره عالی کار میکنه. اما دلیل نمیشه منم همون کارو بکنم چون تکنولوژی و ابزار امروز از دیروز قدرتمندتر و وسیع تر شده.

یک جایی که سرعت بسیار بالا لازم باشه و البته حجم برنامه کم باشه و در واقع یک کار منطقی خاص مد نظر باشه از fpga استفاده میشه. البته این حرف کامل نیست و یک مورد هست که از fpga به جای میکرو استفاده بشه.
یک کاری با avr هم انجام میشه یکی میاد با cpld درست میکنه.
مثلا اسیلوسکوپ دیجیتال باید 1 میلیارد نمونه در ثانیه برداره و در یک بافر ذخیره کنه. یک کار فوق سریع و در عین حال بسیار ساده ی بخون - ذخیره کن یا بخون - ارسال کن. اون کدوم میکرو هست که بتونه این کارو انجام بده و در ضمن آخرش 90 درصد حافظه ی دیتا خالی میمونه

fpga یه آی سیه که هیچی نداره، این شما هستین که تصمیم میگیرین FPGA تبدیل به چه چیزی بشه، مثلا شاید بخواین یه پردازنده به ویژگیهایی که میخوایین بسازین، یا اینکه یه AVR با امکانات سخت افزاری دلخواه خودتون داشته باشین، مثلا AVRی که 10 تا سریال و 20 تا PWM داشته باشه، یا نیاز به پیاده سازی یه سخت افزار داشته باشین، در کل شما با FPGA میتونین تمامی کارهای میکروکنترلر و DSP رو انجام بدین ولی با میکروکنترلر و DSP نمیشه تمامی کارهای FPGA رو انجام بدین، سرعت اجرای خیلی از چیزها مثل پردازش تصویر، در صورتی که درست پیاده بشه و از پردازش موازی در FPGA استفاده بشه (از پردازنده استفاده نشه و هی برنامه ای هم اجرا نشه) ، از قویترین کامپیوترها، میکروکنترلرها و DSP ها هم بیشتره.

نقل قول:

---

نوشته اصلی توسط majidma3000 [Dear Guest/Member you can't see link before replyclick here to register]

fpga یه آی سیه که هیچی نداره، این شما هستین که تصمیم میگیرین FPGA تبدیل به چه چیزی بشه،
در صورتی که درست پیاده بشه و از پردازش موازی در FPGA استفاده بشه (از پردازنده استفاده نشه و هی برنامه ای هم اجرا نشه) ، از قویترین کامپیوترها، میکروکنترلرها و DSP ها هم بیشتره.

---

البته باید اشاره کنم که روی یک fpga با فلان قیمت چند واحد ممیز شناور و ضرب کننده میشه پیاده کرد؟ ولی dsp ها از این لحاظ کمتر محدود هستن. بخاطر همین هست که میگم کارهای کوچک ولی سریع.
یک مثال. شما میدونید gpu کارت گرافیک gforce680 چند عمل پردازش در ثانیه انجام میده. آیا fpga پیدا میشه این همه پردازش انجام بده حالا قیمت هیچ

مگه غیر از اینه که میشه dsp وبا هرنوع پردازنده ی دیگه ایی رو با fpga پیاده کرد؟ تمامی کارهای دنیای دیجیتال رو میشه با fpga پیاده کرد، تمامی ماهواره ها و ربات های ناسا با fpga ساخته میشن

فقط یک جواب دارم. اگر هر کاری با fpga انجام میشد و صرف میکرد، چرا این همه وسایل دیگه ساخته شده؟ همه از fpga استفاده میکردن.

من فکر میکنم در کارها و پروژه های صنعتی معمولی هیچ نیازی به fpga نیست. بیشتر در پروژه های خیلی خاص نیاز به استفاده از fpga داریم؟ دسته یا اشتباه میکنم؟

بستگی به پروژه ی صنعتی داره. هرچیزی جای خودش. معمولا فرایندهای صنعتی کند هستن و البته از plc استفاده میشه

پس چرا از هر استادی میپرسم چی یاد بگیرم که در آینده به کارم بیاد، میکه fpga حتما باید بلد باشی؟؟ من که تاحالا هیچ جا ندیدم در پروژه مهمی از fpga استفاده کرده باشن! (البته تو ایران)

حالا گفتن هر چیزی روی fpga پیاده میشه. اما دلیل نمیشه که این کار بهترین باشه. اتفاقا حرف من این هست که fpga برای پیاده سازی خیلی کارها مناسب نیست. مثلا خیلی جالب نیست پیاده سازی اترنت در fpga. چون خیلی گرون در میاد و خیلی هم پر زحمته. با هزینه کمتر میشه ارتباط راحتتری به صورت شبکه و از اترنت گرفت.(نظر بنده) یا راه اندازی ال سی دی ها.
ضمنا fpga امکانات آنالوگ نداره(معمولا البته. به جز حضور مواردی مثل xadc در سری های جدید xilinx)
اصلا کسی نمیگه fpga بهترینه و سایرین بدترین. بلکه منظور دلایل استفاده از یک چیز هست. سوال بنده هم مربوط به همین بود.

نقل قول:

---

نوشته اصلی توسط sobhan537 [Dear Guest/Member you can't see link before replyclick here to register]

پس چرا از هر استادی میپرسم چی یاد بگیرم که در آینده به کارم بیاد، میکه fpga حتما باید بلد باشی؟؟ من که تاحالا هیچ جا ندیدم در پروژه مهمی از fpga استفاده کرده باشن! (البته تو ایران)

---

کار کردن با fpga به نظر من اونقدر مهارت و دانش لازم داره که دونستنش تقریبا فراگیر بوده و خیلی مهم هست. کسی که fpga نویسه باید دید سخت افزاری داشته باشه. واقعا میشه گفت کار هر کس نیست. هر کسی حوصله اش رو نداره. ابزارهای عیب یابیش و شبیه سازیش خیلی تخصصی هست. بسیاری از ابزارهای دقیق ترش که اصلا در لینوکس تعریف شده فقط.

از fpga در پروژهای خاص استفاده میشه، وقتی arm یا dsp کار شمارو راه میندازه، دیگه نباید به fpga فکر کنید، من خودم fpga رو ترکیبی با میکرو یا dsp استفاده میکنم، چون بعضی وقت ها نیاز به سخت افزار خاصی داریم و یا در بعضی مواقع برای یه کار خاص نیاز به سرعت بالا داریم، مثلا من دیدم که در همین انجمن ایران میکرو بعضی ها دوربین i2c رو به میکرو وصل کردن، از اونجایی که فرکانس این دوربین خیلی بالاست از یه cpld به عنوان واسط استفاده کردن که با سرعت بالا اطلاعات رو از دوربین میگیره و به صورت موازی در اختیار میکرو میزاره

دوستان توضیحات خوبی دادن من فقط چند تا مثال می زنم:
فرض کنید 5 مسیر دیتا سریال از نوع پروتکل e1 داریم که دارای یک فریم دیتا و صوت هستن ، شما یک بورد دارین که باید از روی دیتاها تشخیص بده و صوتها رو همزمان انتقال بده، در اینجا حتما باید از fpga استفاده کنید دلیلش هم همزمانی است concurrency

فرض کنید از مجموعه ای مثلا 50تایی از سنسورها ویا دستگاههایی استفاده میکنید که دارای یک پروتکلی مثل i2c و spi هستن دستگاه شما باید داده هارا بخواند تفکیک کند و تغییرات رو پیدا کند و مثلا به کاربر اطلاع بده حتی سریعترین پروسسور هم باید این کار رو یکی یکی انجام بده یعنی چیزی که شما نمیخواهید. پس باز هم fpga این بار خاصیت parallelism

فرض کنید برای برقراری ارتباط با یک پروتکل جدید که میکروها آن پورت رو ندارن ولی شما زمانبندی و نحوه تغییرات سیگنال رو برای اون پروتکل دارید و یک پروسسور یا دستگاهی دارین که با این پروتکل کار میکنه و شما میخواهید بهش وصل بشین، در اینجا هم فقط از fpga میتونید استفاده کنید.timing دقیق

فرض کنید که یک نسخه از یک برد را میخواهید برای دستگاهی آماده کنید که میخواهد به تولید انبوه برسد و کارفرما از شما میخواهد که با توجه به قیمتهای متفاوت این دستگاه را در چند نسخه متفاوت طراحی کنید ولی برای کمتر شدن هزینه ها برد pcb همشون یکسان باشد و مثلا در بعضیها یک آپشن اضافه داشته باشه و در بعضیها کلا ساختارش فرق بکنه.یک میکرو پایه های فیکس شده ای داره ولی شما با یک fpga میتونید کاملا تغییر بدید که هر قسمت به کدام پایه وصل بشه و اگر احیانا کل طرح هم عوض شد ناراحتی نداشته باشین که پایه های میکرو رو چه کار کنم و باید pcb عوض بشه و کارفرما هم از قراردادتون کم کنه :)
پس قابلیت reconfigure
بودن هم هست.

نکات دیگری مانند حجم دیتای زیاد هم مطرح است.کلا یک پروسسور موقعی استفاده میشه که حجم دیتای کم و پروسس زیادی انجام بشه و fpga وقتی استفاده میشه که پروسس کمتر و حجم دیتای زیادی وجود داشته باشه.
در میکرو یک قسمت از سخت افزار در هر مثلا 2 ثانیه یکبار استفده میشود و 98% موارد بیکار است ولی جریان مصرق میکند در fpga به همان مقدار و تعداد که قسمتی را فعال کنید کار میکند وجریان مصرف میکند و هم اینکه در 100% موارد آماده به کار است.البته مسئله جریان برای تمامی fpga ها صادق نیست. ولی افرادیکه وسایلی که با باتری کار میکنند طراحی کرده باشند میدوند که حتی 10 میلی آمپر کمتر هم مفیده،من حتی برای یک پروژه مجبور شدم کار رو روی هم fpga و هم arm پیاده کنم تا ببینم کدوم مصرف کمتری داره. که برای من fpga مناسبتر بود.

نکته دیگر اینکه نمیدونم چقدر تا حالا پروژه هارا با الگوریتم انجام دادین ولی اگر اهل الگوریتم نوشتن قبل از دست زدن به کیبورد باشین خواهید دید که پیاده کردن یک الگوریتم پیچیده در fpga به مراتب ساده تر از میکرو کنترلر , و از اون مهمتر امن تره.

بخش بسیار زیادی از هزینه تولید یک محصول هزینه طراحی اون هست و این هزینه در مواردی که باید بصورت سخت افزاری و از پایه طراحی بشن بسیار بیشتره
وقتی شما میخواین تو محصولتون یک ارتباط با شبکه رو قرار بدین تو میکروکنترلرها از طریق پروتوکل ها +سخت افزارهای جانبی قرار داده شده در کنار هسته پردازنده در طمان کوتاهی میتونین به این هدف برسین
ولی تو FPGA و CPLD باید ابتدا مراجعه کنید و استاندارد اون ارتباط رو مطالعه کنید (ممکنه خود این استاندارد پولی باشه و باید برای دسترسی بهش هزینه پرداخت کنید ) سپس بر اساس اون استاندارد ،ارتباطتون رو ریز به ریز و از پایه طراحی کنید (هزینه های بالای طراحی و دیباگ ) + اینکه در کنار fgpa باید کمترین امکانت راه اندازی مانند حافظه های مختلف و ... رو قرار بدین که این خودش بصورت پیش فرض در مکیرو ها قرار داده شده +هزینه های بیشتر طراحی و ایجادبدلیل پیچیده تر شدن pcd(نه لزوما همیشه)
در واقع اگر میکروها رو کانکس های پیش ساخته فرض کنیم =>fpga ها کوهی از آجر هستن که با خرید ملات مناسب شما میتونین دنیایی از ساختمونها رو هر طور که دوست دارید(انعطاف پذیری بیشتر در مقابل: سختی ،زمان و هزینه های بالاتر طراحی و اجرا ) بنا برسلایق و نیازتون طراحی کنید که در کانکس ها این طور نیست
: )

در مورد استانداردها و پروتکلها تعداد بسیار زیادی ip core آماده به کار وجود داره که تنها لازمه آنها رو instantiate کرد.مثلا برای can و usb و یا PCIe هیچ آدم عاقلی نمیشینه و کد بنویسه از core های آماده استفاده میشه. نکته جالب اینجاست که این core های آماده و رایگان حتی در asic ها هم استفاده میشن و تعدادشون هم کم نیست. مثلا یکی از این سایتها opencores.org هستش. که در بخش project پر از core های آماده به زبان verilog و vhdl.
ودر بسیاری از موارد قطعات و آیسی های جانبی شامل فقط لایه phy میشوند ولایه های بالاتر پروتکل توسط fpga نوشته میشه.استفاده کردن از یک میکرو با پورت های آماده، ساده و کار راه اندازه ولی وقتی interface شما یک dsp یا هر قطعه دیگه با یک timing مخصوص خودشه ،دیگه چاره ای به جز استفاده از fpga ,cpld وجود نداره.

بسیار ممنونم از چند نظر اخیر دوستان گرامی.

نقل قول:

---

هیچ آدم عاقلی نمیشینه و کد بنویسه از core های آماده استفاده میشه.

---

کار کردن با همین core های آماده خودش یه پروژه است. تا بفهمی ورودی ها و خروجی هاش هر کدوم چطور کار میکنند زمان می بره. مخصوصا که الزاما این core ها استاندارد هم نیستند و هر کسی میتونه یه core اونجا بذاره بنابراین ممکنه اصلا اشکال هم داشته باشند.

مسئله پیچیده بودن یه بحثه مسئله نشدن یه بحث دیگه،هر کاری پیچیدگی های خودش رو داره.الان خیلی ار بچه ها اسم 100 ها رجیستر میکرو ها یا dsp هایی رو که مدام استفاده میکنن حفظ کردن و حیلی راحت کد نویسی میکنن،این مسئله هم همینطوره.اگر به اندازه کافی با کد hdl آشنا باشیم و کار کرده باشیم اصلا پیچیده نیست. خیلی هم جذابه.
در مورد ip ها هم باید بگم که چندین گروه اصلاح و تست وجود داره که اگر کار یک core تمام بشه بهش license میدن و کاملا تست شده هستن و بعضی هاشون هم توسط کاربرها روی fpga و یا cpld تست شدن و گزارشش هم موجوده که چندتا بلاک جا گرفته.
من خودم هم عضو یکی از این گروه هام که الان داریم رو یک openrisc کار میکنیم و همه از همه جای دنیا روش نظر میدن و تکمیلش میکنن.

ببخشید فکر کنم این سوالم بی ربط به بحث باشه،
من تازه نم نم دارم کار با FPGA رو شروع میکنم، این دو تا سوال ذهنمو درگیر کرده اگه جواب بدین ممنون می شم.
1- برای پروگرم کردن FPGA، آیا برنامه ای که در ISE نوشتم و آماده کردم حتمی باید قابل سنتز شدن باشه یا همین که syntax درست باشه کفایت می کنه؟
2- پروژه ای که الآن دارم روش کار می کنم نیاز به 16 بیت ورودی و 64 بیت خروجی داره - البته با روشی که من نوشتم :) - آیا تحقق این مقدار ورودی و خروجی امکان پذیره ؟