BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Field Programmable Gate Array (FPGA) ialah IC digital yang sering digunakan untuk mengimplementasikan rangkain digital. Jika dilihat dari segi namanya, Field Programmable dapat diartikan bahwa FPGA ini bersifat dapat dirancang sesuai dengan keinginan dan kebutuhan user/pemakai tanpa malalui tahap burn di laboratorium 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 dikonfigurasi antara satu sama lainnya. 1.2 Rumusan Masalah Sejarah FPGA Definisi Field Programmable Gate Array (FPGA) Teknologi FPGA Penggunaan FPGA Rangkaian FPGA / isi dari FPGA Arsitektur FPGA Hal-hal yang dapat digunakan dengan FPGA 1.3 Tujuan Sebagai pembelajaran bagi mahasiswa untuk menambah wawasan dan pengetahuan mengenai FPGA. 1

2 BAB II PEMBAHASAN 2.1 Sejarah Singkat FPGA FPGA dikembangkan sejak tahun 1984 oleh perusahaan Xilinx yang berbasis di San Jose. 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 diseluruh dunia yaitu Xilinx dan Altera. Ada 5 perusahaan besar yang memproduksi FPGA. Dua yang pertama merupakan pemain utama di pasar FPGA: Xilinx yang punya nama besar dalam dunia FPGA, masih memimpin dalam densitas dan teknologi. Altera merupakan pemain kedua terkenal di dunia FPGA, terkenal dengan namanya. Lattice, Actel, Quicklogic adalah perusahaan-perusahaan yang lebih kecil dan punya pasar khusus. 2.2 Field Programmable Gate Array (FPGA) Field-Programmable Gate Array (FPGA) adalah komponen elektronika dan semikonduktor yang mempunyai komponen gerbang terprogram (programmable logic) dan sambungan terprogram. Komponen gerbang terprogram yang dimiliki meliputi jenis gerbang logika biasa (AND, OR, XOR, NOT) maupun jenis fungsi matematis dan kombinatorik yang lebih kompleks (decoder, adder, subtractor, multiplier, dan lain-lain). Blok-blok komponen di dalam FPGA bisa juga mengandung elemen memori (register) mulai dari flip-flop sampai pada RAM (Random Access Memory). FPGA merupakan rangkaian kombinasional dan sekuensial yang dikombinasikan sedemikian rupa untuk bisa diimp lementasikan langsung pada silikon, merupakan salah satu bagian dari Application-Specific Integrated Circuit (ASIC) yang memiliki kinerja tinggi tetapi memiliki fungsi yang spesifik (special purpose). Fungsi yang spesifik berarti hasil rangkaian yang dibuat hanya dapat melakukan satu proses khusus, contoh: jika pengguna membuat rangkaian Full Adder, maka rangkaian ini hanya dapat melakukan penjumlahan saja. Jadi FPGA merupakan perangkat keras yang dapat diprogram dengan mengganti 2

3 instruksi. Perancangan perangkat keras FPGA dilakukan dengan cara mengatur koneksi antara ratusan ribu hingga jutaan transistor yang tersedia pada chip sehingga terbentuk sebuah fungsi baru dalam suatu aplikasi baru. Pengertian terprogram (programmable) dalam FPGA adalah mirip dengan interkoneksi saklar dalam breadboard yang bisa diubah oleh pembuat rancangan. Dalam FPGA, interkoneksi ini bisa diprogram kembali oleh pengguna maupun perancang di dalam lab atau lapangan (field). Oleh karena itu jajaran gerbang logika (Gate Array) ini disebut field-programmable. Jenis gerbang logika yang bisa diprogram meliputi semua gerbang dasar untuk memenuhi kebutuhan yang manapun. 2.3 Teknologi FPGA Teknologi FPGA berawal dari PROM, EPROM, EEPROM, FLASH, SRAM. Berikut ini adalah arti arti dari istilah itu : PROM (Programmable Read Only Memory) adalah jenis memory chip ROM yang isinya dapat dihapus oleh sinar ultraviolet dan kemudian dipogram ulang sekali saja dengan menggunakan peralatan khusus. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) adalah jenis memory yang dapat menyimpan data ketika catu daya dimatikan dan hanya dapat deprogram ulang dengan sebuah peralatan khusus. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)adalah yang dapat dihapus dengan perintah elektris. FLASH adalah chip memory yag dapat dibaca dan diprogram yang dapat menyimpan datanya tanpa aliran listrik. SRAM (Static Random Access Memory ) adalah memory yang data didalamnya tetap tersimpan dengan baikwalaupun tak diberi penyegaran/refresh oleh CPU. Teknologi FPGA juga berhubungan dengan IC, Transistor, SRAM, DRAM, SPLD, CPLD, dan ASIC. Berikut ini adalah arti dari istilah itu : IC adalah sebuah komponen elektronika yang berupa chip silikon yang berisi rangkaian elektronika lengkap. IC berisi puluhan, ratusan, bahkan ribuan komponen elektronika.(transistor, Dioda, resistor, kapasitor, dll). FPGA terinspirasi dari IC. Transistor adalah komponen elektronika yang terbuat dari dua buah diode,yang punya dua jenis Tr PNP dan NPN,mempunyai tiga kaki,yaitu basis, collector dan 3

4 emitor. Transistor merupakan sejaah awal pembuatan FPGA, bersifat semikonduktor, penguat dan switching. SRAM (Static Random Access Memory ) adalah memory yang data didalamnya tetap tersimpan dengan baik walaupun tak diberi penyegaran/refresh oleh CPU (Automatis refresh). DRAM (Dinamic Random Access Memory) adalah jenis RAM yang menyimpan setiap bit data yang terpisah dalam kapasitor dalam satu sirkit tertentu, Memory ini butuh di refresh dan merupakan jenis chip computer yang banyak digunakan. SPLD (Simple Programmable Logic Devices)adalah perngkat logic terprogram yang tersimpel, terkecil, dan cukup mahal bentuknya. SPLD dapat digunakan di papan untuk menggantikan komponen TTL seri 7400 (and, or, not gates). CPLD (Comlex Programmable logic Devices ) adalah perangkat logika terprogram dengan gabungan antara PALs dan FPGAs. Terdiri dari lapisan interconnect,gates,dan flip flop. ASIC adalah IC yang hanya digunakan pada keperluan tertentu, kompleksitas IC ini cukup tinggi jadi tidak muat pada CPLD. 2.4 Penggunaan FPGA 1. ASIC & Costum Silikon (yang ada pada trafo) 2. DSP (Digital Signal Processing) ( Microprocesor) 3. Embeded Mikrokontroller 4. Fisical Layer Communication (protocol/nic), GLU antara layer fisik dan protocol (menjembatani antara fisical layer dan fisical protocol ) 5. Record Configurable Computing Untuk akselerasi hardware Simulasi hardware 4

5 2.5 Rangkaian FPGA / isi dari 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 atau biasa disebut saklar, selain itu bagian ini juga akan menghubungkan antara CLB satu dengan CLB lainnya. 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 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. 5

6 2.6 Arsitektur FPGA FPGA terdiri dari Configurable Logic Blocks (CLB), Input / Output Blocks (IOB), dan Programmable Switch Matrix (PSM). CLB merupakan blok untuk membangun komponen-komponen combinational/sequential. Untuk dapat membentuk CLB dibutuhkan truth table dalam memb angun jalur logika. IOB merupakan blok yang digunakan untuk mengirimkan sinyal keluar dari chip dan sekaligus memb aca sinyal yang masuk ke dalam chip. PSM merupakan penghubung yang bisa diatur sedemikian rupa untuk menghubungkan antar CLB dan CLB dengan IOB secara horisontal maupun secara vertikal, serta dapat mengeluarkan fan out (kemampuan untuk mengirimkan data ke banyak sumber untuk dijadikan input sekaligus) untuk multiple output. Jadi, output dari CLB yang satu dapat dihubungkan ke input CLB yang lain melalui multip le PSM. Arsitektur FPGA pada dasarnya ditunjukkan seperti Gambar 2.2, tetapi masing-masing vendor memiliki cara tersendiri dalam mengatur isi dari struktur masing-masing blok. Gambar 2.2. Arsitektur FPGA Fungsi logika dan interkoneksi FPGA ditentukan oleh data yang tersimpan pada sel memori statik internal. Ada beberapa cara untuk membuat data konfigurasi ke dalam sel memori ini, baik yang dilakukan secara otomatis pada waktu catu daya diberikan maupun dengan membaca konfigurasi data dari eksternal Serial atau byte Paralel PROM 6

7 (mode master) atau Data dapat dituliskan pada FPGA dari eksternal device ( mode slave dan peripheral). 2.6 Sifat-sifat FPGA FPGA mempunyai beberapa sifat, yaitu antara lain : - Program dapat disusun kembali berulang-ulang. Jadi intinya, program yang telah kita buat dalam FPGA bisa kita ubah atau edit. - FPGA dapat didownload berulang-ulang tanpa batas. Inilah kelebihan FPGA yang paling dikenal. Jadi kita bisa menimpa program lama dengan program baru yang sudah diedit. - Bersifat volatile. FPGA ini bersifat volatile, maka dari itu untuk menyimpan datanya FPGA harus diberi sumber daya. - Bila kehilangan daya pada saat ingin mendownload, maka datanya pun akan hilang. - Hampir semua rangkaian terimplementasi didalam chip. PFGA terdiri dari banyak CLB (Configuable Logic Block) yang bisa menyimpan rangkaian-rangkaian logika dalam setiap blocknya. Jadi dalam satu chip bisa tertanam banyak rangkaian digital. - Lebih murah walaupun dalam produksi kecil dan lebih cepat dalam hal design rangkaian. BAB III PENUTUP 7

8 3.1 Kesimpulan Dari materi diatas mengenai FPGA dapat disimpulkan bahwa perangkat lunak Xilinx ISE sebagai pengembangan FPGA mempunyai kemampuan untuk melakukan optimilisasi penggunaan kapasitas pada desain. Simulasi atas perancangan dan implementasi sistem memberikan hasil yang mendektai perhitungan. Perbedaan hasil perhitungan dan hasil perancangan disebabkan karena sistem yang dirancang hanya menggunakan format bilangan bulat, sementara hasil perhitungan menggunakan format bilangan real. 8

9 DAFTAR PUSTAKA 9