Traditionell wurde die Datenverarbeitung in eine allgemeine Datenverarbeitung durch einen allgemeinen Prozessor (GPP) und eine anwendungsspezifische Datenverarbeitung durch einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) unterteilt. Als Kompromiss zwischen den beiden extremen Eigenschaften von GPP und ASIC hat das rekonfigurierbare Computing die Vorteile beider Systeme kombiniert. Einerseits kann rekonfigurierbares Computing im Vergleich zu einer Software-Implementierung eine bessere Leistung aufweisen, was jedoch mit einem höheren Zeitaufwand für die Implementierung bezahlt wird. Andererseits kann ein rekonfigurierbares Gerät dazu verwendet werden, ein System zu entwerfen, ohne die gleiche Entwicklungszeit und Komplexität im Vergleich zu einer vollständig kundenspezifischen Lösung zu benötigen, aber in Bezug auf die Leistung unterlegen zu sein. Der Hauptvorteil eines rekonfigurierbaren Systems ist seine hohe Flexibilität, während sein Hauptnachteil das Fehlen eines Standard-Rechenmodells ist. In diesem Modul stellen wir eine erste Definition des rekonfigurierbaren Computings vor, beschreiben die Gründe dafür und zeigen, wie dieser Bereich durch die Einführung der FPGAs beeinflusst wurde.

Seit Mitte der 1980er Jahre hat sich das rekonfigurierbare Computing dank der Fortschritte in der FPGA-Technologie zu einem beliebten Bereich entwickelt. Ein FPGA ist ein Halbleiterbaustein, der programmierbare Logikkomponenten und programmierbare Verbindungen enthält, aber keine Befehle zur Laufzeit abruft, d.h. FPGAs haben keinen Programmzähler. In den meisten FPGAs können die Logikkomponenten so programmiert werden, dass sie die Funktionalität von grundlegenden Logikgattern oder funktionalen Intellectual Properties (IPs) duplizieren. FPGAs enthalten auch Speicherelemente, die aus einfachen Flip-Flops oder komplexeren Speicherblöcken bestehen. FPGAs ermöglichen also die dynamische Ausführung und Konfiguration von Hardware und Software auf einem einzigen Chip. Dieses Modul bietet eine detaillierte Beschreibung der FPGA-Technologien, angefangen von einer allgemeinen Beschreibung bis hin zur Diskussion der Low-Level-Konfigurationsdetails dieser Bausteine, der Bitstream-Zusammensetzung und der Beschreibung der Konfigurationsregister.

FPGA-Designtools müssen eine Designumgebung bieten, die auf digitalen Designkonzepten und Komponenten (Gatter, Flip-Flops, MUXs usw.) basiert. Sie müssen die Komplexität von Platzierung, Routing und Bitstream-Generierung vor dem Benutzer verbergen. Dieses Modul geht nicht im Detail auf diese Schritte ein, dafür wird ein ganzer Kurs benötigt, aber es ist wichtig, zumindest eine Vorstellung davon zu haben, was hinter den Kulissen geschieht, um die Komplexität der Prozesse, die von den Tools, die Sie verwenden werden, ausgeführt werden, besser zu verstehen. In diesem Zusammenhang führt Sie dieses Modul durch ein einfaches Beispiel, das die Komplexität des zugrundeliegenden FPGAs abstrahiert, angefangen bei der Beschreibung der Schaltung, die Sie vielleicht implementieren möchten, bis hin zum Bitstream, der zur Konfiguration des FPGAs verwendet wird.