{"id":42447,"date":"2024-12-12T01:19:48","date_gmt":"2024-12-12T07:19:48","guid":{"rendered":"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/?p=42447"},"modified":"2026-02-03T11:13:05","modified_gmt":"2026-02-03T17:13:05","slug":"que-es-tarjeta-fpga","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/que-es-tarjeta-fpga\/","title":{"rendered":"\u00bfQu\u00e9 es una tarjeta FPGA, y cuales son sus aplicaciones?"},"content":{"rendered":"<h2><strong>Limitantes actuales de una tarjeta controladora<\/strong><\/h2>\n<p>Hasta el d\u00eda de hoy, existen muchas tecnolog\u00edas de control industrial que tenemos a nuestra disposici\u00f3n. Usualmente podemos encontrar tarjetas controladoras de diversos tipos y configuraciones, como por ejemplo las tarjetas controladoras basadas en <a href=\"https:\/\/www.electricity-magnetism.org\/es\/que-es-un-microcontrolador\/\" rel=\"nofollow\">microcontroladores<\/a> como los PICs o los ATMega en las <a href=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/que-es-arduino-y-como-puedo-usarlo-en-la-industria\/\">Arduinos<\/a>. O tambi\u00e9n existen m\u00f3dulos m\u00e1s especializados para el control industrial de alto grado como <a href=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/convertidores-de-senal-y-plcs-la-combinacion-perfecta-para-sistemas-de-control-industrial\/\">PLCs<\/a> o sistemas DCS los cuales ya est\u00e1n dise\u00f1ados para proyectos de automatizaci\u00f3n a gran escala.<\/p>\n<p>Estos controladores basados en microcontroladores que ya conocemos por lo general est\u00e1n dise\u00f1ados para trabajar en procesos industriales en los que varias acciones o instrucciones se est\u00e1n repitiendo c\u00edclicamente y a velocidades no muy altas. Para estas tareas de automatizaci\u00f3n los microcontroladores son perfectos ya que su arquitectura y configuraci\u00f3n est\u00e1 dise\u00f1ada para trabajar de esa manera, adem\u00e1s de que su complejidad de programaci\u00f3n es relativamente sencilla.<\/p>\n<p>Pero qu\u00e9 pasa cuando tenemos otro tipo de aplicaciones donde por ejemplo necesitemos varios procesos se est\u00e9n desarrollando y corriendo simult\u00e1neamente y a altas velocidades, o por ejemplo, qu\u00e9 pasa si tenemos alg\u00fan proyecto donde necesitamos desarrollar un circuito o sistema digital en espec\u00edfico que est\u00e9 analizando se\u00f1ales de diferentes tipos a alta velocidades?<\/p>\n<p>Un microcontrolador se nos quedar\u00eda corto debido por diferentes limitantes:<\/p>\n<ol>\n<li style=\"list-style-type: none;\">\n<ol>\n<li>Configuraci\u00f3n predeterminada de f\u00e1brica: un microcontrolador internamente es dise\u00f1ado y fabricado para seguir instrucciones c\u00edclicamente y recibir y mandar ciertas se\u00f1ales de entrada y salida. Nosotros no podemos cambiar internamente c\u00f3mo se procesan estas se\u00f1ales e instrucciones, solamente podemos programar cu\u00e1ndo y de qu\u00e9 manera se procesan las instrucciones.<\/li>\n<\/ol>\n<\/li>\n<\/ol>\n<ol>\n<li>Limitaci\u00f3n de velocidad: Los microcontroladores trabajan en conjunto con un reloj el cual define el tiempo o frecuencia en el que se procesan las se\u00f1ales. Usualmente este reloj tiene una limitante y est\u00e1 preestablecido por el fabricante.<\/li>\n<li>Un solo n\u00facleo de configuraci\u00f3n para el procesamiento: Claramente existen microcontroladores de mas de un nucleo, pero igualmente estamos limitados al n\u00famero de n\u00facleos que viene por f\u00e1brica, lo cual normalmente el microcontroladores como ATMega o PIC solamente contamos con un solo n\u00facleo sin posibilidad de ejecutar instrucciones paralelas y simult\u00e1neas.<\/li>\n<\/ol>\n<p>Para aplicaciones donde se necesita m\u00e1s velocidad y una configuraci\u00f3n espec\u00edfica para diversas tareas, existen <a href=\"https:\/\/wol.jw.org\/es\/wol\/d\/r4\/lp-s\/101989363\" rel=\"nofollow\">chips<\/a> como los ASIC (Application Specific Integrated Circuit) los cuales est\u00e1n dise\u00f1ados espec\u00edficamente para tareas espec\u00edficas, como por ejemplo una tarjeta gr\u00e1fica para el procesamiento de gr\u00e1ficos, y se puede fabricar sin las limitantes de un microcontrolador, pero aun as\u00ed seguimos con la limitante de que viene dise\u00f1ado desde f\u00e1brica para una tarea en espec\u00edfico sin poder realmente cambiar mucho.<\/p>\n<p>Despu\u00e9s de leer esto, \u00bfrealmente hay una tarjeta que podamos personalizar a nuestro gusto una y otra vez y sin estar limitado por el hardware? Pues la respuesta podr\u00eda ser simplemente utilizar una tarjeta basada en chip FPGA.<\/p>\n<div class=\"contenedor_img\" align=\"center\"><iframe loading=\"lazy\" src=\"https:\/\/youtube.com\/embed\/w9Q0mRAhZic?si=QPASwFhv4UIVeaJp\" width=\"560\" height=\"315\" frameborder=\"0\" allowfullscreen=\"allowfullscreen\"><\/iframe><\/div>\n<h2><strong>Definici\u00f3n y arquitectura de una tarjeta FPGA<\/strong><\/h2>\n<p><strong>Una tarjeta FPGA, o Field Programmable Gate Array por sus siglas en ingl\u00e9s Arreglo de Compuertas Programables de Campo, es una tarjeta de desarrollo que se basa en un chip o circuito integrado FPGA. Esta tarjeta tiene la peculiaridad de que no viene configurada ni programada por f\u00e1brica, es decir viene en blanco para que puedas crear cualquier circuito o sistema digital en ella.<\/strong><\/p>\n<p>Para saber un poco m\u00e1s acerca de su funcionamiento y c\u00f3mo la podemos utilizar, explicaremos internamente como est\u00e1 dise\u00f1ada. El circuito integrado FPGA est\u00e1 formado internamente por bloques l\u00f3gicos programables que se encuentran interconectados entre s\u00ed por matrices de conexi\u00f3n y buses de datos, adem\u00e1s de un bloque de entradas y salidas. Estos bloque l\u00f3gicos programables se conforman de compuertas l\u00f3gicas programables, una unidad de Flip flop para almacenar datos y un multiplexor.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"wp-image-42449 aligncenter\" src=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Arquitectura-ba\u0301sica-de-una-tarjeta-FPGA-300x166.png\" alt=\"\" width=\"398\" height=\"220\" srcset=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Arquitectura-ba\u0301sica-de-una-tarjeta-FPGA-300x166.png 300w, https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Arquitectura-ba\u0301sica-de-una-tarjeta-FPGA-150x83.png 150w, https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Arquitectura-ba\u0301sica-de-una-tarjeta-FPGA-768x426.png 768w, https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Arquitectura-ba\u0301sica-de-una-tarjeta-FPGA.png 860w\" sizes=\"(max-width: 398px) 100vw, 398px\" \/><\/p>\n<p style=\"text-align: center;\">Fig. 1 Arquitectura b\u00e1sica de una tarjeta FPGA<\/p>\n<p>En este Bloque L\u00f3gico Programable se realizan las operaciones l\u00f3gicas, y se podr\u00eda decir que se manejan todas las computadoras l\u00f3gicas existentes. Tenemos valores l\u00f3gicos de entrada que ingresan al bloque y valores l\u00f3gicos de salida resultantes de las operaciones del bloque. Ya depende del tipo de chip y del fabricante de c\u00f3mo est\u00e9 configurado cada bloque l\u00f3gico, pero por lo general es la estructura que maneja.<\/p>\n<p>Ahora, cada chip FPGA est\u00e1 formado por varios de estos bloques unidos entre s\u00ed por matrices de interconexi\u00f3n, o switch, que nosotros podemos modificar para cambiar la ruta en la que los datos se mueven. Es decir, nosotros podemos modificar el camino por el cual las se\u00f1ales de entrada se mueven por todo el chip FPGA, y as\u00ed tener la posibilidad de crear una cantidad inmensa de circuitos y l\u00f3gicas digitales, desde circuitos l\u00f3gicos como desarrollar una compuerta AND hasta crear un procesador multi-core! <u>IMPORTANTE: en un chip FPGA a diferencia de un microcontrolador no existe un procesador en el que podamos programar software y modificar sus instrucciones, m\u00e1s bien en un chip FPGA se \u201cprograma\u201d su hardware interno para crear circuitos digitales. <\/u><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"alignnone wp-image-42450 aligncenter\" src=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/circuito-hecho-en-una-tarjeta-FPGA-300x163.png\" alt=\"\" width=\"390\" height=\"212\" srcset=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/circuito-hecho-en-una-tarjeta-FPGA-300x163.png 300w, https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/circuito-hecho-en-una-tarjeta-FPGA-150x82.png 150w, https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/circuito-hecho-en-una-tarjeta-FPGA.png 631w\" sizes=\"(max-width: 390px) 100vw, 390px\" \/><\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"alignnone wp-image-42451 aligncenter\" src=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/circuito-hecho-en-una-tarjeta-FPGA-2-300x163.png\" alt=\"\" width=\"403\" height=\"219\" srcset=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/circuito-hecho-en-una-tarjeta-FPGA-2-300x163.png 300w, https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/circuito-hecho-en-una-tarjeta-FPGA-2-150x82.png 150w, https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/circuito-hecho-en-una-tarjeta-FPGA-2.png 631w\" sizes=\"(max-width: 403px) 100vw, 403px\" \/><\/p>\n<p>Fig. 2 Ejemplo b\u00e1sico de un circuito hecho en una tarjeta FPGA. En la imagen superior se muestra una primera configuraci\u00f3n, mientras que en la imagen inferior es la misma configuraci\u00f3n pero con un camino diferente definido por el switch de interconexi\u00f3n.<\/p>\n<p>En la figura 2 vemos un ejemplo de c\u00f3mo se configura un chip FPGA a un nivel demasiado b\u00e1sico. Tenemos 4 elementos que entran en juego: El <strong>m\u00f3dulo de entrada<\/strong> (lado izquierdo) donde tenemos 3 se\u00f1ales de entrada con diferentes valores booleanos 1, 0 y 1, los <strong>bloques l\u00f3gicos <\/strong>los cuales est\u00e1n configurados con 4 compuertas l\u00f3gicas AND, OR, Buffer y NOT, el switch de interconexi\u00f3n, el cual define c\u00f3mo se interconectan los caminos por donde van a transitar las se\u00f1ales, y el <strong>m\u00f3dulo de salidas<\/strong> (lado derecho) donde se muestran los resultados de las compuertas l\u00f3gicas.<\/p>\n<p>En la imagen superior de la figura 2 tenemos como resultado 0 y 0 en las se\u00f1ales de salida, pero si nos vamos a la imagen inferior vemos que los resultados ahora son 1 y 1, y esto es debido a que cambiamos los caminos de las se\u00f1ales mediante el switch de configuraci\u00f3n.<\/p>\n<p>Los bloques l\u00f3gicos est\u00e1n conectados por el switch de interconexi\u00f3n el cual define c\u00f3mo se conectan entre s\u00ed estos bloqueos. El punto de las tarjetas FPGA es que podemos modificar estas interconexiones y crear cualquier combinaci\u00f3n digital posible para poder hacer pr\u00e1cticamente cualquier circuito digital.<\/p>\n<p>El ejemplo anterior fue un peque\u00f1o circuito que se puede realizar con una tarjeta FPGA, pero como mencion\u00e9 anteriormente podemos hacer cualquier circuito digital, incluso podemos simular un Arduino dentro de una tarjeta FPGA, o incluso fabricar nuestro propio microcontrolador Dual Core! Todo est\u00e1 en las habilidades para desarrollar.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"wp-image-42456 aligncenter\" src=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Xilinx-FPGA-based-development-board-300x195.png\" alt=\"\" width=\"354\" height=\"230\" srcset=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Xilinx-FPGA-based-development-board-300x195.png 300w, https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Xilinx-FPGA-based-development-board-150x97.png 150w, https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Xilinx-FPGA-based-development-board.png 373w\" sizes=\"(max-width: 354px) 100vw, 354px\" \/><\/p>\n<p style=\"text-align: center;\"><a href=\"https:\/\/tienda.logicbus.com.mx\/410-351-20_p_35842.html?srsltid=AfmBOoqXs08vOFQLyepG6iEPqOIfC4cRuGxkxZaF19kN_GBPtYTNRV8w\">Fig. Tarjeta de desarrollo Xilinx basada en FPGA<\/a><\/p>\n<p>Por esto mismo una tarjeta FPGA se utiliza para aplicaciones de alto rendimiento y alto procesamiento de informaci\u00f3n.<\/p>\n<h2><strong>Software vs Hardware: C\u00f3mo se programa una tarjeta FPGA.<\/strong><strong>\u00a0<\/strong><\/h2>\n<p>Una tarjeta FPGA no se programa tal cual como un microcontrolador. Un microcontrolador cuenta con un microprocesador el cual se programa con software de bajo o alto nivel las instrucciones que se van a realizar, ya que su configuraci\u00f3n necesita de programaci\u00f3n de software para funcionar.<\/p>\n<p>En una tarjeta FPGA es distinto. Principalmente se \u201cprograma\u201d o se configura el hardware que tendr\u00e1 la tarjeta, tal y como lo vimos en el ejemplo anterior. B\u00e1sicamente se describe como es el arreglo interno del hardware dependiendo del circuito o sistema digital que queramos crear.<\/p>\n<p>Se utiliza principalmente un entorno de desarrollo que nos ayuda a crear la descripci\u00f3n del hardware del FPGA, y el lenguaje utilizado es Hardware Description Language, o HDL. Los HDL m\u00e1s comunes son VHDL o Verilog.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"alignnone size-medium wp-image-42452\" src=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Lenguaje-VDHL-utilizado-para-programar-tarjetas-de-desarrollo-FPGA-280x300.png\" alt=\"\" width=\"280\" height=\"300\" srcset=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Lenguaje-VDHL-utilizado-para-programar-tarjetas-de-desarrollo-FPGA-280x300.png 280w, https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Lenguaje-VDHL-utilizado-para-programar-tarjetas-de-desarrollo-FPGA-140x150.png 140w, https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Lenguaje-VDHL-utilizado-para-programar-tarjetas-de-desarrollo-FPGA.png 474w\" sizes=\"(max-width: 280px) 100vw, 280px\" \/><\/p>\n<p>Fig. Lenguaje VDHL utilizado para programar tarjetas de desarrollo FPGA<\/p>\n<h2><strong>Aplicaciones de una tarjeta FPGA<\/strong><\/h2>\n<p>Las tarjetas FPGA actualmente son muy utilizadas para aplicaciones donde se necesite altas velocidades, multi procesamiento de datos o aplicaciones espec\u00edficas en la industria IoT. Las aplicaciones m\u00e1s comunes son las siguientes:<\/p>\n<ul>\n<li>Procesamiento de se\u00f1ales en telecomunicaci\u00f3n y redes<\/li>\n<li>Desarrollo de sistemas integrales en la industria aeroespacial y defensa<\/li>\n<li>En el desarrollo de tarjetas ASICs<\/li>\n<li>Sistemas de visi\u00f3n por computadora<\/li>\n<\/ul>\n<p>Existen varios niveles de tarjetas desarrollo FPGA, por lo cual tambi\u00e9n podemos encontrar tarjetas dise\u00f1adas para el uso acad\u00e9mico, en el cual son utilizadas para demostrar y explicar distintos conceptos y sistemas digitales, ya que se prestan para crear circuitos digitales y entender desde cero la l\u00f3gica de ellos, como por ejemplo la <u>Basys 3 Artix-7<\/u> de Digilent, en donde tenemos varios botones, switches, leds, displays y entradas y salidas para conectar perif\u00e9ricos y desarrollar b\u00e1sicamente cualquier circuito o l\u00f3gica digital personalizado con la posibilidad de borrar el programa y empezar desde cero lo cual la hace perfecta para hacer pruebas y prototipos.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" class=\"alignnone size-medium wp-image-42448\" src=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Tarjeta-FPGA-Basys-3-Artix-7-dedicada-a-un-nivel-ba\u0301sico-300x206.png\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"206\" srcset=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Tarjeta-FPGA-Basys-3-Artix-7-dedicada-a-un-nivel-ba\u0301sico-300x206.png 300w, https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Tarjeta-FPGA-Basys-3-Artix-7-dedicada-a-un-nivel-ba\u0301sico-150x103.png 150w, https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2023\/10\/Tarjeta-FPGA-Basys-3-Artix-7-dedicada-a-un-nivel-ba\u0301sico.png 733w\" sizes=\"(max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><\/p>\n<p>Fig. Tarjeta FPGA <a href=\"https:\/\/tienda.logicbus.com.mx\/410-183_p_35851.html\"><u>Basys 3 Artix-7<\/u><\/a> dedicada a un nivel b\u00e1sico.<\/p>\n<h2 style=\"text-align: center;\">Cont\u00e1ctanos<\/h2>\n<div class=\"container-reviews\" style=\"text-align: center;\"><a href=\"https:\/\/tienda.logicbus.com.mx\/cimon\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\"><img decoding=\"async\" class=\"card-review alignnone\" title=\"LOGICBUS EN ATX WEST 2023\" src=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/tienda.png \" alt=\"\" width=\"102\" height=\"102\" \/><\/a><a href=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\"><img decoding=\"async\" class=\"card-review alignnone\" title=\"LOGICBUS EN ATX WEST 2023\" src=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/www.png \" alt=\"\" width=\"104\" height=\"104\" \/><\/a><a href=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/contacto.php\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\"><img decoding=\"async\" class=\"card-review alignnone\" title=\"ATX WEST 2023\" src=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/soporte.png \" alt=\"\" width=\"106\" height=\"106\" \/><\/a><a href=\"https:\/\/api.whatsapp.com\/send?phone=525554316718&amp;text=Hola%20Logicbus,me%20gustar%C3%ADa%20solicitar%20informaci%C3%B3n\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\"><img decoding=\"async\" class=\"card-review alignnone\" title=\"ATX WEST 2023\" src=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/wa.png \" alt=\"\" width=\"103\" height=\"103\" \/><\/a><a href=\"https:\/\/tawk.to\/chat\/5ca674ff1de11b6e3b06f73d\/default\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\"><img decoding=\"async\" class=\"card-review alignnone\" title=\"LOGICBUS EN ATX WEST 2023\" src=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/contacto.png \" alt=\"\" width=\"115\" height=\"115\" \/><\/a><a href=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/soluciones-en-la-industria-logicbus.php\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\"><img decoding=\"async\" class=\"card-review alignnone\" title=\"ATX WEST 2023\" src=\"https:\/\/www.logicbus.com.mx\/blog\/wp-content\/uploads\/2022\/11\/soluciones.png \" alt=\"\" width=\"106\" height=\"106\" \/><\/a><\/div>\n<p style=\"text-align: center;\"><a href=\"mailto:ventas@logicbus.com\">ventas@logicbus.com<\/a>\u00a0 \u00a0 \u00a0 |\u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0<a href=\"mailto:soporte@logicbus.com\">soporte@logicbus.com<\/a>\u00a0 \u00a0 \u00a0 |\u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0<a href=\"https:\/\/api.whatsapp.com\/send?phone=525554316718&amp;text=Hola%20Logicbus,me%20gustar%C3%ADa%20solicitar%20informaci%C3%B3n\">55-5431-67-18<\/a>\u00a0 \u00a0 |\u00a0 \u00a0 \u00a0\u00a0 <a href=\"https:\/\/tawk.to\/chat\/5ca674ff1de11b6e3b06f73d\/default\">Iniciar conversaci\u00f3n<\/a><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Limitantes actuales de una tarjeta controladora Hasta el d\u00eda de hoy, existen muchas tecnolog\u00edas de control industrial que tenemos a nuestra disposici\u00f3n. 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