1 - introdução sistemas digitais seqüenciais projeto lógico...
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Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do SulInstituto de Informática (II-PUCRS)Grupo de Apoio ao Projeto de Hardware - GAPH
Ney Laert Vilar Calazans*
Julho, 1998
*Com o apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico eTecnológico (CNPq) e da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do RioGrande do Sul (FAPERGS).
Projeto Lógico Automatizado deSistemas Digitais Seqüenciais
1 - Introdução
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Acesso ao material e contatos
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Escola98
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Sumário
H 1 - Sistemas Digitais
H 2 - Projeto e Fabricação de SDs
H 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais
H 4 - Taxonomia de SDs
H 5 - O Processo de Projeto de SDs
H 6 - Projeto de SDs Auxiliado por Computador
H 7 - Escopo do Curso
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1 - Sistemas Digitais - definição estrutural
Sistema DigitalProcessamento Numérico
de Informação
Entradas Saídas
E(1) ∈ C(1)
E(2)
E(K-2)
E(K)
E(K-1)
S(1) C(K+1)∈
S(2)
S(3)
S(L)
S(L-1)
∈
∈
∈
∈
C(2)
C(K-2)
C(K-1)
C(K)
C(K+2)
C(K+3)
C(K+L-1)
C(K+L)
∈
∈
∈
∈
Sistema Digital - Aparato dotado de conjuntos finitos de entradas e saídas e capaz de processar informação representada sob forma numérica.
Em francês, systèmes numériques!
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Sumário
√ 1 - Sistemas Digitais
H 2 - Projeto e Fabricação de SDs
H 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais
H 4 - Taxonomia de SDs
H 5 - O Processo de Projeto de SDs
H 6 - Projeto de SDs Auxiliado por Computador
H 7 - Escopo do Curso
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2 - Projeto e Fabricação de Sistemas Digitais
H Três ramos do conhecimento científico envolvidos:– Ciência da Computação, Física de Semicondutores e
Matemática Aplicada
Ciência daComputação
Física deSemicondutores
Métodos de FabricaçãoAuxiliada por Computador
Métodos de Modelagemde Processos Físicos
Métodos de ProjetoAuxiliado por Computador
Engenharia deSistemas Digitais
VLSI
SistemasVLSI
MatemáticaAplicada
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2 - Projeto e Fabricação de SDs VLSI
H Projeto de SDs - método p/ desenvolverplano de um SD -> manufatura automática;
H Estilo de Projeto - conjunto de métodos;
H Base da tecnologia atual - processosplanares de fabricação;
H CI VLSI moderno - pastilha de 1cm2 delado, espessura < 1mm, >106 dispositivos;
H Parâmetro de base - “min-feature-size”: em96 - 0,25µm/ em 98 - 0,18µm e 0,12µm;
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2 - Projeto e Fabricação de SDs - Lei de Moore
H “A densidade deCircuitos Integradosdobra a intervalosregulares de 18meses”.– Gordon E. Moore,
(1965)
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Sumário
√ 1 - Sistemas Digitais
√ 2 - Projeto e Fabricação de SDs
H 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais
H 4 - Taxonomia de SDs
H 5 - O Processo de Projeto de SDs
H 6 - Projeto de SDs Auxiliado por Computador
H 7 - Escopo do Curso
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3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais
H SD Combinacional - comportamento de cada saídadescrito como função exclusivamente dos valoresinstântaneos das entradas.
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
A
B
A^B
0
0
0
1
A^B
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3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais
H SD Seqüencial -qualquer SD que nãopossa, em geralatender a definição deSD combinacional.
X Xi-1
0
1
Xi
1
0
Oscilador em Anel
A
XA
0
1
Xi
0
Xi-1
Captura de Zeros
E
D
E
0
0
1
1
D
0
1
0
1
Xi
Xi-1Xi-1
0
1
X
1 bit de RAM
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3 - Armazenamento de Informação e Estado
H Em geral, laço derealimentação implicaarmazenar informação,e conceito de estado;
B
A X
A
0
0
1
1
B
0
1
0
1
X
0
0
0
1
Contra-exemplo: circuito comrealimentação, contudocombinacional
Estado - excluindorealimentações redundantes,cada configuração distinta devalores destas.
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3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais
H Definição de tipos de SDs baseada em estados:
– Todo SD é um SD seqüencial;
– SD combinacional - possui apenas 1 estado;
– SD estritamente seqüencial - sob mesmascondições, possui mais de um estado.
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Sumário
√ 1 - Sistemas Digitais
√ 2 - Projeto e Fabricação de SDs
√ 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais
H 4 - Taxonomia de SDs
H 5 - O Processo de Projeto de SDs
H 6 - Projeto de SDs Auxiliado por Computador
H 7 - Escopo do Curso
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4 - Taxonomia de SDs
H Fundamental - escolha de critérios declassificação adequados;
H Ortogonalidade - meta da escolha de critérios;
H Critérios - podem depender de diversascaracterísticas físicas, de uso, de construção, decusto, etc.
H Critérios: personalizabilidade, programabilidade,retenção da personalização, complexidade, formade produção, relação entradas/saídas,pressupostos de sincronismo, etc.
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NÃO PROGRAMÁVEIS OU RÍGIDOSEX: FAMÍLIA TTL 74XX
PROGRAMÁVEISEX: FAMÍLIA INTEL MCS'86
NÃO PERSONALIZÁVEISOU FIXOS
CIRCUITOSINTEGRADOS
PERSONALIZÁVEIS
PÓS-FABRICAÇÃO
POR FABRICAÇÃO
RETENÇÃO EM FUNCIONAMENTOEX: FPGA BASEADO EM RAM
RETENÇÃO ETERNA, EXCETO PORPROCEDIMENTOS ESPECIAIS EX:
EPROM, EEPROM, FPGABASEADO EM EPROM
RETENÇÃO ETERNA, APÓS PRIMEIRAPERSONALIZAÇÃO EX: PROM, FPGA
BASEADO EM ANTIFUSÍVEIS
PARCIALMENTE PERSONALIZÁVEIS,OU SEMI-DEDICADOS, OU PRÉ-
CARACTERIZADOS (SEMI-CUSTOM)
TOTALMENTE PERSONALIZÁVEIS,OU DEDICADOS (FULL-CUSTOM)
PRÉ-DIFUNDIDOSEX: GATE ARRAY
PÓS-DIFUNDIDOSEX: STANDARD-CELL
Uma Classificação de CIs baseada em quatro critérios
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Sumário
√ 1 - Sistemas Digitais
√ 2 - Projeto e Fabricação de SDs
√ 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais
√ 4 - Taxonomia de SDs
H 5 - O Processo de Projeto de SDs
H 6 - Projeto de SDs Auxiliado por Computador
H 7 - Escopo do Curso
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5 - O Processo de Projeto de SDs
H Processo de Projeto - descrição inicial(especificação) -> descrição final (projetofinal ou detalhado);
H Diferença entre especificação e projeto final- quantidade de informação;
H Informação no projeto final permite fabricarautomaticamente (ou quase) o SD;
H Problema - controlar a complexidade deprojeto VLSI!
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5 - O Processo de Projeto de SDs
H Problema derivado - complexidade impedepassagem direta especificação -> projetofinal;
H Solução - decomposição hierárquica doprocesso de projeto, continuum dedescrições;
H Complexidade requer organização dahierarquia de descrições - modelos pararepresentar o processo de projeto.
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5 - Modelo de Suzim
H Critério: nível deabstração;
.
Validação
Síntese
Síntese
Síntese
Nível de Abstração i+1
Nível de Abstração i
Extração
Extração
Extração
Otimização
Validação Otimização
......
Transformação entre níveis (aresta) = ferramenta de projeto;Nível de abstração (vértices) = conjunto de descrições.
H Suzim propõe modelounidimensional;
H Nível de abstração =quantidade de informação;
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5 - Modelo de Gajski-Kuhn ou Diagrama Y
H Modelo bidimensional;
H Critérios: nível de abstraçãoe domínio de descrição;
H Domínio de descrição = tipode informação;
Elétrico
Lógico
Arquitetural
SistêmicoDomínio Estrutural Domínio Comportamental
Domínio Físico
Processadores, Memórias, Barramentos
Registradores, ULAs, Muxs, Decods
Portas Lógicas, Biestáveis
Transistores, Lineares Funções de Transferência, Equações Diferenciais
Expressões Booleanas, Tabelas de Transição
HDLs, Transferência entre Registradores
Processos Comunicantes, Algoritmos
Placas, Módulos Multi-chip
Planta Baixa de Blocos de CIs
Planta Baixa de Células Lógicas
"Layout" de Transistores e Lineares
Círculo = nível de abstração, eixo = domínio de descrição;Intersecção círculo-eixo (vértices) = descrição;Transformação entre níveis (aresta no grafo) = ferramenta.
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5 - Exemplo de processo de projeto
Elétrico
Lógico
Arquitetural
Sistêmico
Domínio Estrutural Domínio Comportamental
Domínio Físico
Diagrama de Blocos
Diagrama de Esquemáticos
Diagrama de Tempos
Português Estruturado
"Layout" de Transistores
Editor de Esquemáticos
Particionamento,Posicionamento, Traçado de Rotas Simulação,
Minimização
"Back Annotation"
Processo Clássico deProjeto de SDs
H Ponto de Partida -especificação informal;
H Captura/Validação - Editor deesquemáticos e Simulador;
Síntese física - Posicionamento e Traçado de Rotas, seguidode “back-annotation e ressimulação;
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Sumário
√ 1 - Sistemas Digitais
√ 2 - Projeto e Fabricação de SDs
√ 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais
√ 4 - Taxonomia de SDs
√ 5 - O Processo de Projeto de SDs
H 6 - Projeto de SDs Auxiliado por Computador
H 7 - Escopo do Curso
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6 - Projeto de SDs auxiliado por Computador
H Estrutura Geral de CAD:– Interface Gráfico-textual;
– Arcabouço de Projeto(framewok);
ArcabouçodeProjeto
Programas
Bibliotecas
Descrições
InterfaceGráfico-Textual
– Descrições de projeto;
– Ferramentas de projeto;
– Bibliotecas.
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6 - Exemplo de Sistema de Projeto
Foundation,da empresa
Xilinx
Componentesde projeto
Ferramentasde projeto
Janela demensagens
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6 - Exemplo de Sistema de Projeto - cont.
Editor hierárquicode esquemas
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6 - Exemplo de Sistema de Projeto - cont.
Simulador Lógico: Funcional e de Temporização
Janela de SimulaçãoJanela de
Estimulação
Janela deControle
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6 - Exemplo de Sistema de Projeto - cont.
Janelas de Síntese Física:
Controle deVersões
FerramentasIndividuais
Andamento da Síntese
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6 - Exemplo de Sistema de Projeto - cont.
Ferramenta de:
visualização dasíntese física
edição manual
análise deocupação
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Sumário
√ 1 - Sistemas Digitais
√ 2 - Projeto e Fabricação de SDs
√ 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais
√ 4 - Taxonomia de SDs
√ 5 - O Processo de Projeto de SDs
√ 6 - Projeto de SDs Auxiliado por Computador
H 7 - Escopo do Curso
Escola98
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7 - Escopo do Curso
H Estrutura:– Hoje:
» Introdução (Capítulo 1)
» Fundamentação Teórica (Capítulo 2)
– Próximos encontros:» Capítulo 3 e Capítulo 4 - 2 encontros
» Capítulo 5 e Capítulo 6 - 2 encontros
H Contexto: Projeto Lógico Seqüencial
H Livro Companheiro: Ricardo Jacobi 10a
Escola, Projeto Lógico Combinacional
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7 - Escopo do Curso - Ilustração
Elétrico
Lógico
Arquitetural
Domínio Estrutural Domínio Comportamental
Domínio Físico
Sistêmico
Projeto Sistêmico
Projeto Arquitetura l
Projeto Lógico
Projeto FísicoProjeto LógicoSeqüencialcontido aqui