Actualmente los sistemas basados en FPGA han ganado terreno en la industria electrónica y se emplean en mayor cantidad en sistemas aeroespaciales y en sistemas de aviónica.

Rover Exomars 2018

Debido al poder de procesamiento en paralelo o concurrente de estos circuitos, la programación de múltiples tareas se vuelve eficiente y atractiva. Más aún cuando el diseño del sistema en cuestión, requiere de especificaciones a medida que en el mercado de circuitos integrados no existe. Por ejemplo, en Roscosmos o la Agencia Espacial Federal Rusa, muchas de sus aplicaciones para satélites o robots llevan sus propias arquitecturas implementadas en FPGA. Otro ejemplo de ello es la misión espacial Exomars, cuyo objetivo es buscar vida en marte, el principal procesador de información del robot explorador es un FPGA. En dicho procesador se realizará todo el procesamiento de información que recabará el explorador durante la misión en 2020.

Otra aplicación de los FPGA muy interesante, es su implementación para medir la radiación en un satélite; el FPGA se encarga de analizar constantemente como se encuentran los otros sistemas electrónicos, en cuanto al nivel de radiación proveniente del espacio absorbido por ellos. También en la mayoría de los módulos electrónicos de la Estación Espacial Internacional, se utilizan estos circuitos por el poder de cómputo que tienen.

En todos los sistemas anteriores se utiliza la filosofía de programar concurrentemente, es decir se diseñan los programas para que muchos procesos iguales o diferentes, se ejecuten al mismo tiempo en un solo integrado. Los lenguajes de programación utilizados para los FPGA son Verilog y VHDL.

¿Microcontrolador o FPGA?

Tradicionalmente en otros sistemas embebidos como por ejemplo en los microcontroladores, se programa de tal forma que el procesador debe realizar una tarea específica y llevarla a cabo un cierto número de veces, es decir, se programa el comportamiento de la máquina. En cambio cuando se programa en los FPGA, en realidad se está diseñando una arquitectura de hardware, por lo tanto el paradigma de programación cambia. Debido a lo anterior, la forma de pensar de una persona que programa para FPGA, debe centrarse en tener en cuenta que lo que está programando, es en realidad la arquitectura de un hardware electrónico. De lo anterior podemos deducir entonces, que en los FPGA reside una característica especial que los demás sistemas embebidos (procesadores, microcontroladores, DSP, etc.) no poseen y es su capacidad de reconfiguración de hardware. Es decir tienen la capacidad para cambiar internamente su hardware y configurarse en diferentes sistemas electrónicos digitales, como por ejemplo: pueden formar un procesador completo, o pueden formar una memoria RAM, o una máquina de estados finita, etc. Esta capacidad brinda la versatilidad de actualizar todo un sistema desde su arquitectura y no solamente en su comportamiento.

Así que, si estás pensando que los FPGA no se emplean mucho en la actualidad, ¡estás muy equivocado! Piensa en lo siguiente, el sistema de comunicaciones que lleva adentro un avión, consiste de varias señales eléctricas y datos provenientes de múltiples sensores. En el avión toda esta información se debe de procesar al mismo tiempo. Un microcontrolador de la actualidad sin duda podría realizar esta tarea, sin embargo, existen sistemas en el avión que son tan críticos, que el control de estos resulta más eficiente si se lleva a cabo a través de un FPGA.

Así que no dudes en empezar a estudiar sobre este tema y dominar una de las áreas de la Electrónica Digital más interesantes y versátiles que existen.

  1. Bibliografía:
    FPGA-based Path-planning of High Mobility Rover for Future Planetary Missions
    https://goo.gl/SibXkd
  2. https://m.geektimes.ru/post/262306/
  3. https://indico.gsi.de/event/5339/contribution/2/material/0/0.pdf

 

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