FPGA tabanlı uzaktan programlanabilir ve gözlemlenebilir devre kartı tasarımı ve uygulaması

FPGA (Field Programmable Gate Array - Alanda Programlanabilir Kapı Dizileri) çipleri, yüksek performans, paralel işleme kabiliyeti ve düşük güç tüketimi gibi avantajlar sunmaktadır. Bu özellikleriyle savunma sanayi, yapay zekâ, tıp elektroniği ve haberleşme gibi alanlarda sıkça tercih edilmektedir. Ancak genellikle yüksek maliyetli ve özel gereksinimlere uymayan yurt dışı donanımlarına bağımlılık söz konusu olmaktadır. Yerli ve özelleştirilebilir FPGA kartlarının geliştirilmesi, bu nedenle hem esneklik hem de maliyet avantajı sağlamada kritik bir ihtiyaç haline gelmektedir. Sunulan tez çalışmasında, uzaktan programlanabilir ve gözlemlenebilir bir FPGA geliştirme kartı tasarlanmıştır. Tasarımda Xilinx XC3S50AN FPGA çipi ve ESP32 mikrodenetleyici kullanılmıştır. ESP32, FPGA çipini; reset, trigger ve 4 bit veri sinyalleri ile kontrol etmektedir. Web arayüzü, HTML (HyperText Markup Language - Hipermetin İşaretleme Dili) ve JavaScript kullanılarak oluşturulmuştur. Kullanıcı canlı yayın paneli üzerinden devreyi izleyebilmektedir. Aynı zamanda kod panelinden oluşturulan çalışmaları indirebilmekte veya e-posta gönderebilmektedir. Gönderilen e-posta içeriğine tasarlanan UCF (User Constraints File - Kullanıcı Kısıt Dosyası) içeriği de yerleştirilmektedir. Ayrıca Google Drive üzerinden bit uzantılı dosyalar yüklenebilmektedir. Python kodu, bu dosyaları algılayarak JTAG (Joint Test Action Group - Ortak Test Eylem Grubu) üzerinden FPGA çipine yüklemekte ve programlama süreci ortalama 7.579 s'de tamamlanmaktadır. iv Bu tez çalışmasında, LED (Light Emitting Diode - Işık Yayan Diyot) yakma, yarım toplayıcı, tam toplayıcı, mod4 sayıcı, 7 parçalı gösterge ile aşağı-yukarı sayıcı ve bit kaydırıcı gibi uygulamalar başarıyla test edilmiştir. Sistem, Yönetici, Laboratuvar ve Kullanıcı yetkilendirme tipleriyle güvenli bir kullanım sunmaktadır. Sunulan bu çalışma ile, yüksek maliyetli ithal FPGA geliştirme kartlarına alternatif olarak geliştirilen yerli FPGA geliştirme kartı ile programlanabilir ve uygulamaya göre tasarım çıkışları gözlemlenebilir bir FPGA tabanlı uzaktan kontrollü laboratuvar uygulaması başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir.