Pengenalan FPGA (Field-Programmable Gate Array) : Apa itu dan Bagaimana Cara Menggunakannya

FPGA atau Field Programmable Gate Array merupakan sebuah Integrated Circuit (IC) digital yang sering digunakan untuk mengimplementasikan rangkaian digital seperti komponen elektronika dan semikonduktor yang terdiri dari serangkaian pintu logika. IC digital terdiri dari tiga bagian, yaitu Configure Logic Blocks, I/O Blocks dan Programmable Interconnect. FPGA memiliki kemampuan untuk diprogram ulang setelah diproduksi. FPGA dapat diatur ulang untuk menjalankan tugas yang berbeda. Pengguna akan membuat program tersebut menggunakan software yang tersedia dan disimulasikan. Program tersebut siap diunduh ke dalam FPGA ketika simulasi berhasil. Namun ketika program tersebut mengalami kesalahan, maka program akan gagal untuk disimulasikan. Jadi, pengguna perlu menyusun ulang program di dalam komputer dan dapat diunduh ke dalam IC digital. 

 

FPGA dikembangkan sejak tahun 1984 oleh perusahaan ternama Xilinx di San Jose, California. FPGA terus mengalami perkembangan dari waktu ke waktu dan mulai diproduksi oleh beberapa perusahaan ternama seperti Lattice, Altera dan Quicklogic. Namun dari beberapa perusahaan tersebut, yang masih mendominasi pengembangan FPGA di seluruh dunia yaitu perusahaan Xilinx dan Altera. 

 

FPGA disebut dengan permodelan atau prototyping, karena memiliki software yang biasa digunakan untuk simulasi. FPGA sering disebut juga dengan processor atau embedded controller. Jika dilihat dari namanya, Field Programmable Gate Array memiliki pengertian tersendiri dan terbentuk dari sifat FPGA. Adapun pengertian dari kata penyusun FPGA, yaitu :

 

1. Field Programmable

 

Kata “Field Programmable” memiliki arti bahwa FPGA dapat dirancang sesuai dengan keinginan dan kebutuhan dari pengguna tanpa adanya tahap “burn” di laboratorium atau “hardwire” pada pabrik piranti. 

 

2. Gate Array

 

Kata “Gate Array” (IC Digital) memiliki arti bahwa terdiri dari gerbang-gerbang digital yang intrkoneksi pada masing-masing gerbang tersebut dan dapat dikonfigurasi satu sama lain. 

 

FPGA terdiri dari rangkaian logika berbasis pintu (gate), seperti AND, OR, dan NOT, yang diatur dalam bentuk matriks yang besar. Hal ini memungkinkan pengguna untuk membuat sirkuit digital yang kompleks dengan menghubungkan pintu-pintu logika ini sesuai dengan kebutuhan Anda. 

 

Prosesor yang terdapat pada FPGA disebut sebagai fabric. Fabric tersebut terhubung ke blok pembangkitan sinyal dan blok penyimpanan konfigurasi. Blok pembangkitan sinyal menghasilkan sinyal yang digunakan untuk mengatur koneksi dalam FPGA. Blok penyimpanan konfigurasi menyimpan informasi tentang bagaimana sirkuit FPGA harus dikonfigurasi. Prosesor dalam FPGA dapat mengatur dan mengonfigurasi matriks pintu logika dan koneksi antara mereka sesuai dengan instruksi yang diberikan oleh pengguna.

 

Cara Menggunakan FPGA

 

Berikut ini langkah-langkah dasar dalam menggunakan FPGA :

 

1. Desain Sirkuit

 

Langkah pertama adalah merancang sirkuit digital yang ingin Anda implementasikan di FPGA. Ini melibatkan penentuan fungsi logika yang diperlukan dan bagaimana pintu logika dalam FPGA harus dihubungkan.

 

2. Pemodelan dengan HDL

 

Setelah merancang sirkuit, Anda harus memodelkannya dengan menggunakan Hardware Description Language (HDL) seperti VHDL (VHSIC Hardware Description Language) atau Verilog. HDL adalah bahasa pemrograman yang digunakan untuk mendeskripsikan perilaku sirkuit digital.

 

3. Synthesis

 

Setelah Anda selesai dengan pemodelan HDL, Anda harus mensintesisnya menjadi netlist. Netlist adalah representasi sirkuit dalam bentuk pintu logika dan koneksi antara mereka.

 

4. Implementasi

 

Anda mengonfigurasi FPGA dengan menggunakan netlist yang telah dihasilkan. Ini melibatkan pemetaan netlist ke dalam matriks pintu logika FPGA dan mengatur koneksi sesuai dengan desain Anda.

 

5. Verifikasi

 

Setelah FPGA dikonfigurasi, Anda harus menguji dan memverifikasi apakah sirkuit berperilaku seperti yang diharapkan.

 

6. Pemrograman Ulang

 

Salah satu keunggulan FPGA adalah kemampuannya untuk diprogram ulang. Jika Anda perlu mengubah fungsi sirkuit, Anda dapat melakukannya dengan memodifikasi HDL dan mengonfigurasi ulang FPGA.

 

Aplikasi FPGA

 

FPGA dapat digunakan dalam berbagai aplikasi, antara lain :

 

• FPGA digunakan dalam perangkat keras digital seperti kamera, pemrosesan sinyal, dan perekaman data.

 

• FPGA digunakan dalam perangkat jaringan dan komunikasi seperti router, switch, dan basis stasiun seluler.

 

• Dalam lingkungan industri, FPGA digunakan untuk mengendalikan berbagai sistem otomasi dan pengawasan.

 

• FPGA digunakan dalam kendaraan otonom untuk pemrosesan data sensor dan pengambilan keputusan.