Le document traite de l'architecture des FPGA, en expliquant leurs caractéristiques, familles principales (Xilinx et Altera), ainsi que leur structure matérielle comprenant des blocs logiques programmables. Il décrit également les éléments de base tels que les LUTs et les multiplexeurs pour réaliser des fonctions logiques complexes. Enfin, il met en lumière la flexibilité des FPGA qui permettent des configurations rapides selon les besoins des systèmes numériques.

1. ARCHITECTURE DES FPGAS
HAMADACHE Fouzia
09/12/2020
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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
Université de Mohamed El-Bachir El-Ibrahimi - Bordj Bou Arreridj
Faculté des Sciences et de la technologie

2. PLAN DU COURS
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• Introduction
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• Familles des FPGAs
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• Structure matérielle
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• Architecture interne d’un FPGA type XILINX
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• Architecture interne d’un FPGA type ALTERA
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• Blocs logiques programmables
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• Look Up Table (LUT)
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• Eléments logique de base avec LUT

3. INTRODUCTION
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F P G A
Field
Array
Programm
able
Gate

4.  FPGA est un réseau de portes programmables
 FPGA est un circuit logique programmable qui
permet la conception des systèmes numériques à
grande complexité.
 On peut programmer tout ce qu’on veut avec FPGA
 L'avantage de ce genre de circuit est sa grande
souplesse qui permet de les réutiliser à volonté dans
des algorithmes différents en un temps très court.
 Le progrès de ces technologies permet de faire des
composants toujours plus rapides et à plus haute
intégration, ce qui permet de programmer des
applications importantes.
 L'avantage des FPGA est de pouvoir être configuré
sur place, sans envoi du circuit chez le fabricant, ce
qui permet de les utiliser quelques minutes après leur
conceptions.
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5. FAMILLES DES FPGAS
 Les deux plus grands constructeurs de FPGA sont :
Xilinx et Altera
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6. STRUCTURE MATÉRIELLE
 Structure générale de FPGA
 Un FPGA est composé à la base de 3 composantes
principales :
 un réseau de blocs de logique programmable
(configurables), chaque bloc pouvant réaliser des
fonctions complexes de plusieurs variables, et
comportant des éléments à mémoire;
 un réseau d’interconnexions programmables
entre les blocs;
 des blocs spéciaux d’entrée et de sortie
programmables pour que le FPGA communique
avec le monde extérieur .
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7. ARCHITECTURE INTERNE D’UN FPGA TYPE XILINX
 Un FPGA contient des milliers de composants numériques
(CLB Configurable Logic Bloks ) sous une forme matricielle
qu’on peut connecter entre eux par une modélisation
software VHDL (programmation des interconnections) pour
réaliser une fonction désirée et des blocs d’entrées sorties
tout autour et la matrice d’interconnections entre les
différents éléments pour réaliser la fonction désirée.
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8. ARCHITECTURE INTERNE D’UN FPGA TYPE ALTERA
 Les réseaux de routage dépendent du niveau de
hiérarchie dans lequel on se trouve.
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9. BLOCS LOGIQUES PROGRAMMABLES
 Les éléments logiques configurables sont les briques de
base de tous les FPGA.
 On distingue deux catégories ceux basés sur les
multiplexeurs et ceux basés sur les tables de
conversion (LUT) Look Up Table
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10. ELÉMENTS LOGIQUES CONFIGURABLES BASÉS
SUR LES MULTIPLEXEURS
Un multiplexeur=aiguillage
 Un multiplexeur avec n signaux de contrôle peut
réaliser toute fonction booléenne à n+1 variables sans
l’ajout d’autres portes logiques. Pour ce faire, on
exploite le fait qu’un multiplexeur génère effectivement
tous les mintermes des signaux de contrôle. Il ne reste
qu’à spécifier la valeur qu’on veut propager quand un
des mintermes est vrai.
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11.  La procédure de conception consiste à écrire la table de
vérité de la fonction en groupant les lignes par paires.
 A chaque paire de lignes correspond une valeur des
lignes de sélection du multiplexeur. On rajoute une
colonne pour indiquer à quelle entrée Di chaque
mintermes correspond. Finalement, on indique la valeur
à donner à chaque entrée Di en fonction assigne aux
lignes
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12. ELÉMENTS LOGIQUES CONFIGURABLES BASÉS
SUR LES LOOK UP TABLE (LUT)
 Cette approche est similaire à l’approche par
multiplexeur, mais en supposant que les entrées du
multiplexeur ne peuvent être que des constantes .
Effectivement, il faut un multiplexeur deux fois plus
gros pour réaliser la même fonction, mais le routage du
circuit est plus simple. De plus, le circuit peut etre plus
rapide parce que les entrées du multiplexeur sont
constantes.
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13. LOOK UP TABLE (LUT)
 LUT sont des petits éléments de mémorisation qui
reflètent la table de vérité de la fonction logique.
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15. ELÉMENTS LOGIQUE DE BASE AVEC LUT
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16.  Les équations logiques à n entrées (n > 4).
Nécessaire d’utiliser plusieurs LUT4
interconnectée les unes avec les autres. Le
nombre de LUT dans es éléments logiques varie
généralement de 2 à 4.
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