FPGA İLE IEEE754 KAYAN NOKTALI SAYI FORMATINDA TÜREV ALICI TASARIMI VE GERÇEK ZAMANLI UYGULAMASI

Sahada Programlanabilir Kapı Dizileri (FPGA), programlanabilir mantık blokları, hafıza blokları,

dijital sinyal işleme blokları, bu blokları birbirine bağlayan ara bağlantılar ve giriş çıkış pinlerinden

oluşan tümleşik devrelerdir. Paralel çalışma, yeniden yapılandırılma, düşük güç tüketimi, çok fazla

giriş çıkış pinine sahip olma gibi yeteneklerinden dolayı FPGA’ler günümüzde motor kontrolü, sinyal

işleme, görüntü işleme, yapay sinir ağı tasarımı, dijital filtre uygulamaları gibi birçok alanda yaygın

olarak kullanılmaktadır. FPGA ile gerçekleştirilen çeşitli uygulamalar için genellikle kesirli ya da

büyüklüğü fazla olan sayılarla işlem gereksinimi duyulmaktadır. İkili sayılarda kesirli işlem yapmak

ve değeri büyük olan sayıların bit olarak daha az yer kaplaması için ikili sabit noktalı sayılar ya da ikili

kayan noktalı sayılar kullanılmaktadır. Kayan noktalı sayılarla işlem yapılırken genellikle IEEE’ nin

1985’te bir standart haline getirdiği IEEE754 kayan nokta sayı formatı kullanılmaktadır.

Bu çalışmada Xilinx firmasına ait Zynq-7000 tümleşik devresi kullanılarak 2. dereceden polinomlar

için türev hesabı gerçekleştirilmiştir. Yapılan matematiksel işlemler kesirli sayılar içerdiği için

IEEE754 tek duyarlıklı kayan nokta sayı formatı kullanılmıştır. IEEE754 kayan noktalı sayı formatı

ile Zynq-7000 tümleşik devresinde bulunan Kintex-7 FPGA içerisinde tasarlanan Aritmetik Mantık

Birimi (ALU) modülü, aynı eleman üzerinde bulunan ARM Cortex-A9 işlemci ile kontrol edilip türev

için gerekli hesaplamalar yapılmıştır. Yapılan türev hesabının sonuçları UART haberleşme protokolü

üzerinden bilgisayara gönderilerek Tera Term VT seri port okuma programıyla ekranda gösterilmiştir.

Tasarımın aritmetik mantık birimi modülü VHDL donanım tanımlama dili kullanılarak yazılmış,

Xilinx firmasına ait Vivado ortamında modülün benzetimi yapılıp sentezlenmiştir. Daha sonra Xilinx

SDK ortamında C programlama dili kullanılarak aynı Zynq-7000 üzerinde bulunan ARM Cortex-A9

işlemcisi programlanarak, tasarlanan aritmetik mantık birimi yapılacak matematiksel işlemler için

kontrol edilmiştir. Xilinx firmasına ait Zedboard adlı FPGA geliştirme kartı kullanılarak tasarımın

gerçek zamanlı uygulaması yapılmıştır.