celdas estandar para diseño de fpga
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Celdas Estandar para diseño de
FPGAMarco Carpio
Jorge Cazho
Susana Encalada
Mario Ochoa
Introducción
A mediados de 1980, un diseñador elegía a un fabricante de ASIC e implementaba el diseño utilizando las herramientas provistas por ese fabricante. A pesar de que existían herramientas de diseño provistas, no había un enlace efectivo entre éstas y los procesos productivos de los fabricantes.
Introducción
Una solución a este problema, que además permitió aumentar la densidad de los ASIC, fue la implementación de Celdas Estándares.
Cada fabricante de ASIC creaba bloques funcionales con características eléctricas conocidas, tales como los tiempos de propagación, capacitancias e inductancias, que podían ser representadas en las herramientas desarrolladas.
Caracteristicas
Una herramienta de síntesis lógica convierte el diseño RTL en un gran conjunto de elementos de bajo nivel, llamados Celdas Estándares.
Estos elementos son tomados desde una biblioteca, que consiste en una colección de puertas pre caracterizadas (tales como NOR de 2 entradas, NAND de 2 entradas, inversores, etc.).
Caracteristicas
El uso de celdas estándar permite mejorar características de manufactura como precios y tiempos de fabricación.
Se reduce el tiempo en crear un nuevo diseño y minimiza el riesgo financiero al lanzar un nuevo diseño.
Los FPGA de la serie Cyclone ofrecen una alternativa de bajo costo para aplicaciones que utilizan actualmente de baja a moderada densidad con celdas estándar.
Un gran conjunto de características hace que los FPGA de la serie Cyclone sean adecuados para una amplia gama de aplicaciones.
Las librerías de celdas que se ofertan en la actualidad son muy extensas, incluyendo desde las puertas básicas más simples (AND, OR, NAND, NOR, XOR, etc.) y los elementos de memoria (flip-flops D,…, RS, etc.) a módulos de alta complejidad como es un microprocesador completo, pasando por registros, módulos programables como las PLAs, pads de entrada/salida, y un amplio, etc.
Especificaciones de diseñoEspecificaciones Entrada/salida
Cuando se usa celdas estándar, se puede inicializar los pines tanto como entrada o salida usando lenguajes HDL o VHDL, para sintetizar y simular.
El software Quartus II posee funciones para realizar este proceso.
Especificaciones de diseñoEspecificaciones Entrada/salida
El numero de pines depende del tipo de dispositivo FPGA que se use.
La localizacion se realiza para optimizar el diseño y minimizar en lo posible potenciales problemas.
Quartus II usa el PIN PLANER, con el fin de localizar nuestras entradas y salidas.
Especificaciones de diseñoRequerimientos de memoria
Depende de el dispositivo seleccionado.
Los dispositivos de la serie Cyclone soportan 288 KBits hasta 3.8 MBits de RAM embebida.
La capacidad de memoria en al tecnologia de celdas estandar es mayor que la tecnologia normal de FPGA, pero requiere mayor trabajo por que por lo general incluye modulos especiales.
Especificaciones de diseñoRequerimientos de memoria
Para FPGAs Altera, el software Quartus II le permite organizar los bloques de memoria para satisfacer los requisitos del sistema de forma automática sin tener que crear los bloques especiales para la prueba.
Especificaciones de diseñoTamaño del dispositivo
El tamaño aproximado y la velocidad depende del dispositivo seleccionado.
Existen dispositivos que son compatibles con otros, lo que les permite migrar a otros empaquetados.
Especificaciones de diseñoRequerimientos de alimentación
El software Quartus II admite dos métodos de análisis de potencia:
El Estimador de PowerPlay temprana de energía (EPE), que es una herramienta basado en hojas de cálculo
Y el analizador de energía PowerPlay, que es una parte del software Quartus II.
Especificaciones de diseñoRequerimientos de alimentación
Realización de análisis de potencia preliminar, basado en el tamaño estimado de la lógica y la velocidad, ayuda a determinar los requisitos de potencia del dispositivo. Esto generalmente lleva a la definición de refrigeración del dispositivo y requisitos de los paquetes.
Especificaciones de diseñoRequerimientos de alimentación
Cuando se diseña una celda estándar tradicional se tiene que utilizar herramientas de análisis independiente de energía para estimar la disipación de potencia en el diseño y una buena estimación.