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NAPOLI - Progetto di Circuiti Digitali e Implementazione su FPGA

Aggiornamento: 13 feb 2023


I linguaggi per la descrizione dell’hardware sono essenziali per la progettazione digitale. Il libro presenta il linguaggio Verilog, uno standard mondiale a larghissima diffusione e il più richiesto per il ruolo di progettista di circuiti digitali. Il Verilog è spiegato mediante esempi di utilizzo pratico limitando i costrutti a quanto è utile per una progettazione agile, affidabile e riutilizzabile. Buona enfasi è data ai costrutti del linguaggio Verilog da usare per la verifica del funzionamento dei circuiti distinguendo quindi un Verilog orientato alla sintesi del circuito da un Verilog orientato alla verifica. Le implementazioni sono effettuate su dispositivi FPGA al fine di familiarizzare il lettore con una tecnologia molto utilizzata da piccole e grandi aziende. Il sistema di sviluppo utilizzato per la progettazione, la verifica e la sperimentazione dei progetti è Quartus, un software distribuito gratuitamente da Intel. I circuiti sono verificati sperimentalmente utilizzando una scheda dimostrativa il cui utilizzo è spiegato nel testo ma che non è necessaria per la comprensione degli argomenti. Il libro presenta infine una breve storia della progettazione digitale, la struttura dei dispositivi FPGA in commercio e completa gli argomenti esposti con cenni su conoscenze accessorie utili per una comprensione di tutto il testo. Per quanto focalizzati su dispositivi FPGA, i contenuti sono validi per qualsiasi progetto digitale implementato, ad esempio, su ASIC, CPLD o System On Chip.


ETTORE NAPOLI è professore ordinario presso l’Università di Salerno. È Visiting Professor presso la Technical University of Łódź in Polonia ed è stato Research Associate presso l’Università di Cambridge nel Regno Unito. È dottore di ricerca in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni ed ha conseguito le lauree in Ingegneria Elettronica e in Fisica. Da venti anni detta corsi di elettronica digitale e di progettazione di circuiti digitali implementati su FPGA. Ha pubblicato più di 150 contributi scientifici tra pubblicazioni su riviste e presentazioni a convegni internazionali.

 

I circuiti digitali sono sistemi elettronici che lavorano con segnali digitali a valori binari (0 e 1). Questi circuiti sono costituiti da componenti come porte logiche, flip-flop, contatori e altri elementi che lavorano con i segnali digitali. La loro funzione principale è quella di elaborare informazioni in modo rapido, affidabile e preciso.

I circuiti digitali sono utilizzati in molte applicazioni, come computer, dispositivi di memorizzazione, sistemi di controllo industriale, dispositivi di comunicazione, giochi elettronici e molto altro. La loro capacità di elaborare informazioni in modo veloce ed efficiente li rende una parte importante della tecnologia moderna.

I Field-Programmable Gate Arrays (FPGA) sono dispositivi elettronici che possono essere programmati per eseguire diverse funzioni digitali. A differenza dei microcontrollori o dei processori, che sono già programmati per eseguire specifiche funzioni, gli FPGA possono essere programmati per eseguire una vasta gamma di funzioni digitali personalizzate.


Gli FPGA sono costituiti da una matrice di porte logiche programmabili che possono essere configurate in modo da eseguire diverse funzioni digitali. Questi dispositivi possono essere programmati utilizzando un linguaggio hardware descrittivo (HDL), come VHDL o Verilog, o tramite un'interfaccia grafica.


Gli FPGA sono utilizzati in molte applicazioni, come la progettazione di sistemi di elaborazione del segnale, la creazione di sistemi di controllo personalizzati, la progettazione di circuiti digitali complessi, la creazione di acceleratore di hardware personalizzati, la creazione di sistemi di test e molto altro.

In sintesi, gli FPGA sono una soluzione flessibile e versatile per molte applicazioni digitali che richiedono la configurabilità hardware e la capacità di eseguire funzioni personalizzate.


Gli FPGA sono noti per le loro prestazioni elevate e la loro capacità di elaborazione parallela. Possono eseguire molte operazioni contemporaneamente, rendendoli ideali per le applicazioni che richiedono un'elaborazione veloce dei dati. Inoltre, gli FPGA possono essere programmati per adattarsi alle mutevoli esigenze delle applicazioni, il che li rende una soluzione molto flessibile.


Gli FPGA hanno anche vantaggi in termini di consumo di energia rispetto ai microprocessori tradizionali. Possono essere programmati per eseguire solo le funzioni richieste, il che significa che non consumano energia inutilmente. Inoltre, gli FPGA possono essere progettati per eseguire molte operazioni in parallelo, il che significa che consumano meno energia per operazione rispetto ai microprocessori tradizionali.

Tuttavia, gli FPGA sono anche più costosi rispetto ai microprocessori tradizionali e possono essere più difficili da programmare. Inoltre, la loro configurabilità hardware li rende meno affidabili rispetto ai microprocessori tradizionali, poiché la programmazione errata può causare problemi di funzionamento.


In sintesi, gli FPGA sono una soluzione potente e flessibile per molte applicazioni digitali che richiedono prestazioni elevate, capacità di elaborazione parallela e configurabilità hardware. Tuttavia, possono essere più costosi e più difficili da programmare rispetto ai microprocessori tradizionali, e la loro configurabilità hardware li rende meno affidabili.

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