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Programmazione per FPGA e automazione industriale: cosa c'è da sapere

di Picchio News

13/11/2025 09:30

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Nell’epoca dell’Industria 4.0, anche se si parla già di modello 5.0, l’automazione industriale è molto più di una semplice frontiera, rivelandosi una vera e propria rivoluzione tecnologica. Alla base c’è la capacità di elaborare dati in tempo reale, con dispositivi programmabili, flessibili e adattabili.

È in questo contesto che si inserisce la programmazione per FPGA (Field Programmable Gate Array), che dà luogo a componenti elettroniche – circuiti integrati per la precisione – che permettono di configurare e riconfigurare le funzioni logiche dei dispositivi hardware persino dopo la produzione. Il risultato sono sistemi personalizzati e aggiornabili nel tempo.

Si tratta di tecnologie che stanno trasformando il modo di progettare e gestire le macchine industriali, complice la rapidità di elaborazione e la possibilità di eseguire più processi in parallelo. Oltre che nel mondo della produzione industriale in senso stretto, si trovano al centro di ambiti come quello energetico, medicale e nell’automotive. Possiamo dunque affermare che gli apparecchi FPGA rappresentano una soluzione di riferimento per chi punta a coniugare efficienza, sicurezza e controllo intelligente dei processi.

Programmazione per FPGA: cos’è e come funziona

L’Italia è uno dei Paesi più all’avanguardia, su scala internazionale, in un settore con un tasso ingegneristico elevato quale l’elettronica. Non stupisce, non fino in fondo almeno, che esistano alcune realtà d’eccellenza specializzate proprio nella progettazione FPGA.

Tra queste, VT100 (sito VT100. srl) si distingue per la capacità di integrare la logica programmabile all’interno di un processo completo che unisce sviluppo hardware, firmware embedded e test funzionali, offrendo soluzioni su misura per i settori più avanzati dell’automazione. Parliamo del resto di un’azienda che vanta una solida esperienza e specializzazione alle spalle, i cui servizi sono altamente certificati con i migliori standard internazionali, a cominciare da quelli ISO.

Ma cosa sono esattamente i dispositivi con circuiti integrati FPGA? E in cosa consiste questo tipo così innovativo di programmazione?

Gli apparecchi FPGA possono essere descritti come dei sistemi hardware che non risultano statici: una volta configurati possono essere riconfigurati nuovamente. Ciò è dovuto a una matrice interna impostata secondo celle logiche programmabili, interconnesse tra loro, che consentono di implementare circuiti digitali personalizzati.

I chip FPGA si distinguono dai microprocessori standard, che eseguono istruzioni in modo sequenziale. La programmazione FPGA è infatti progettata per lavorare su più livelli paralleli: ogni blocco logico può operare indipendentemente, eseguendo più funzioni simultaneamente. Il risultato sono applicazioni con parametri superiori in termini di velocità, precisione e riduzione della latenza, adottate all’interno dei più innovativi sistemi di automazione e di controllo industriale.

Caratteristiche e funzionamento delle soluzioni FPGA

La peculiarità principale delle soluzioni FPGA risiede nella possibilità di essere riconfigurate sul campo (per questo si chiamano field programmable). Tale caratteristica dà modo di adattare la logica operativa anche dopo la produzione, seguendo l’evoluzione del progetto e aggiornando le funzionalità. È questa flessibilità che consente di ridurre i costi nel lungo periodo e di prolungare la vita utile dei dispositivi, integrando funzionalità avanzate e di natura tailor made.

La programmazione FPGA si basa sull’adozione di linguaggi specifici, come VHDL o Verilog, che descrivono il comportamento logico del circuito. Questi linguaggi, interpretati da software sofisticati, traducono il codice in configurazioni fisiche pronte per essere caricate sul dispositivo. Tutto questo a fronte di un processo che unisce competenze elettroniche e informatiche di alto livello.

I dispositivi di matrice FPGA sono tra i più all’avanguardia in assoluto: risultano flessibili, scalabili e capaci di rispondere alle esigenze di personalizzazione e aggiornamento continuo tipiche della produzione moderna.

FPGA vs ASIC: similitudini e differenze

Introduciamo ora un nuovo concetto, raffrontando FPGA e ASIC (Application-Specific Integrated Circuit): queste soluzioni non vanno confuse, anche perché rappresentano due modalità diverse di intendere la progettazione elettronica.

Se la programmazione per FPGA è orientata alla flessibilità e alla sperimentazione, le soluzioni ASIC assicurano la massima efficienza e stabilità operativa. Capire come si differenziano aiuta a comprendere perché le FPGA stanno assumendo un ruolo centrale nell’automazione industriale contemporanea.

Cominciamo da un recap dei tratti salienti dei dispositivi FPGA (Field Programmable Gate Array):

- sono circuiti integrati programmabili sul campo, riconfigurabili dopo la produzione;

- consentono di adattare la logica interna a nuove esigenze o aggiornamenti software;

- risultano ideali per prototipi, produzioni di nicchia o sistemi in evoluzione, come automazione e IoT.

Ecco invece le caratteristiche maggiormente degne di nota degli apparecchi ASIC (Application-Specific Integrated Circuit):

- sono chip progettati per una funzione specifica e non modificabile;

- garantiscono una buona velocità e consumi ottimali, ma necessitano di costi iniziali elevati;

- sono più adatti a produzioni di massa e standardizzabili, nonché a funzioni stabili nel tempo, meno a soluzioni personalizzate.

Se i circuiti integrati FPGA incarnano dunque la flessibilità, gli ASIC rappresentano l’essenza della performance assoluta. Parliamo perciò di due facce complementari dell’elettronica moderna, che di per sé non si escludono a vicenda: possono convivere all’interno della medesima filiera e persino nello stesso prodotto.

FPGA e automazione industriale: alcuni esempi concreti

Nel contesto dell’automazione industriale, i circuiti FPGA stanno assumendo un ruolo decisivo grazie alla loro capacità di gestire enormi quantità di dati in tempo reale e di adattarsi a diverse configurazioni operative.

I dispositivi dotati di questi circuiti integrati vengono impiegati in molteplici compiti e processi: per ottimizzare il controllo delle macchine, coordinare robot industriali, monitorare sensori distribuiti lungo la linea di produzione. Come è facile intuire, vengono ottimizzati grazie ai moderni sistemi di intelligenza artificiale.

In virtù dell’architettura riconfigurabile, questi dispositivi sono in grado di integrare logiche di machine learning direttamente a bordo macchina, riducendo la “dipendenza” dai server centrali e garantendo tempi di risposta immediati.

Il risultato è un’automazione più intelligente, autonoma e sostenibile: una strada che verrà certamente implementata nell’immediato futuro.