heise+ | Einstieg in Field Programmable Gate Arrays für Bastler

Noch fristen FPGAs (Field Programmable Gate Array) bei Elektronikbastlern eher ein Nischendasein. Dies liegt vor allem an ihrer vergleichsweise komplexen Programmierung, dem hohen Preis und dem unpraktischen SMD-Gehäuse. Mit den "Tang Nano Boards" von Sipeed stehen aber gleich vier FPGA-Boards mit unterschiedlicher Leistung und günstigen Preisen zur Verfügung, die erste Experimente schmackhaft machen. Ich werde im Folgenden die Funktion von FPGA am Beispiel des "Tang Nano 9k" erklären.

Das Herz der Platine ist ein "Gowin GW1NR-9"-FPGA (der große Chip in der Mitte). An der Stirnseite befindet sich ein USB-C-Anschluss, über den das Board sowohl mit Strom versorgt als auch konfiguriert und programmiert werden kann. Gegenüber befindet sich ein HDMI-Anschluss. Gowin bietet kostenlose Bibliotheken, die sogenannten IP-Cores (Intellectual Property), an, mit denen das DVI-Protokoll (DVI über HDMI) mit wenig Aufwand implementiert werden kann. Damit eignet sich das "Tang Nano 9k" bestens für Projekte, die einen Monitor benötigen, zum Beispiel für Retro-Computer. Außerdem gibt es Anschlüsse für parallele und serielle LC-Displays, einen SD-Karteneinschub, zwei Drucktaster, sechs orange On-Board-LEDs und 45 digitale Ein- / Ausgänge (GPIOs). Doch bevor es ans Praktische geht, ein kleiner Refresher zum Thema.

Ein FPGA ist ein integrierter Schaltkreis, der so konfiguriert werden kann, dass er eine Vielzahl von logischen Funktionen ausführt. Der Begriff "field programmable" bedeutet, dass das FPGA nach der Herstellung vom Benutzer programmiert bzw. konfiguriert werden kann, um spezifische Funktionen auszuführen. Das macht FPGAs sehr flexibel und anpassbar. Doch wo ergibt der Einsatz von FPGAs Sinn und wann sind Mikrocontroller besser geeignet? Dazu muss man zunächst verstehen, wie ein FPGA funktioniert.

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