dispositivos de lÓgica programables en …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/ciclo...
TRANSCRIPT
![Page 1: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/1.jpg)
1
DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN CAMPO (FPGA)
DIGITAL II – ECA
Departamento de Sistemas e Informática
Escuela de Ingeniería Electrónica Rosa Corti
![Page 2: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/2.jpg)
FPGA - R. Corti 2
Preguntas a responder sobre FPGA
¿ Qué innovación introducen ?
¿ Cuándo son una opción ?
¿ Cómo es la metodología de trabajo ?
![Page 3: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/3.jpg)
FPGA - R. Corti 3
Electrónica e InformáticaDesde 1950 la electrónica tuvo avance muy acelerado
Dos hechosfundamentales
Crecimiento exponencial en los
niveles de integración
Rápida evolución de las herramientas informáticas de apoyo al diseño (EDA).
Nuevos dispositivos y arquitecturas.
Nuevas metodologías y herramientas de diseño
![Page 4: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/4.jpg)
FPGA - R. Corti 4
Dispositivos ASIC
Dispositivo dedicado a una única función, o un número limitado de funciones, completamente diseñado por el usuario (Layout). El fabricante ocupa el rol de “fundidor de silicio”.
![Page 5: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/5.jpg)
FPGA - R. Corti 5
Dispositivos ASIC: Clasificación.
ASIC
GateArray
ParcialmenteDedicados
LógicaProgramable
TotalmenteDedicados
Standard Cell SPLD CPLD FPGA
![Page 6: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/6.jpg)
FPGA - R. Corti 6
Dispositivos de lógica programable.
Mayor flexibilidad
Que el usuario personalice un dispositivo standard.
Personalización independiente de la fábrica
Los dispositivos son de complejidad diversaEntradas
Salidas
Se desperdician recursos de pastilla
DESVENTAJA
![Page 7: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/7.jpg)
FPGA - R. Corti 7
FPGA: ¿ Cuál es la innovación introducida ??
Arquitectura extremadamente flexible de tecnología SRAM
Reprogramación simple y rápida en circuito Bloques lógicos programables
(CLB, LE)
Bloques I/O programables
Interconexión programable
![Page 8: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/8.jpg)
FPGA - R. Corti 8
Programación o configuración en campo del dispositivo
µP FPGA
Se cambian las conexiones y las funciones lógicasSe cambian las instrucciones
Cambia el Software Cambia el Hardware
![Page 9: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/9.jpg)
FPGA - R. Corti 9
FPGA: ¿ Cómo cambiar la lógica ?
PLD convencionales
LUT´s
FPGA
![Page 10: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/10.jpg)
FPGA - R. Corti 10
FPGA : Ejemplo de bloque lógico configurable.
LUT´s
Fuente: Hoja de datos de la familia XC4000E – Xilinx.
![Page 11: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/11.jpg)
FPGA - R. Corti 11
FPGA: Ejemplo de conexiones programables
Fuente: Hoja de datos de la familia XC4000E – Xilinx.
![Page 12: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/12.jpg)
FPGA - R. Corti 12
FPGA : Ejemplo de bloque de I/O
Fuente: Hoja de datos de la familia XC4000E – Xilinx.
![Page 13: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/13.jpg)
FPGA - R. Corti 13
Evolución de las Arquitecturas
Virtex II y Virtex II Pro Spartan 2 y VirtexFuente: Publicaciones de la empresa Xilinx.
![Page 14: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/14.jpg)
FPGA - R. Corti 14
Arquitectura modular orientada a las aplicaciones:
Fuente: Publicaciones de la empresa Xilinx.
![Page 15: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/15.jpg)
FPGA - R. Corti 15
FPGA: Nuevos encapsulados
Permiten una conexión muy versátil de I/O
Se disponen de más pines para el usuario
Mejora la disipación térmica
En nuestro país aún no hay tecnología para montar estos CI.
![Page 16: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/16.jpg)
FPGA - R. Corti 16
FPGA´s basadas en SRAM: Ideas fundamentales
1. Dispositivo de lógica programable estándar muy flexible
2. Personalizable por el usuario con ambientes EDA
programación en campo3. Arquitectura basada en SRAM
Pierden su configuración al cesar la energía4. Volátiles
Al iniciar el sistema, se debe restaurar la configuración
El diseño es accesible, tiene baja confidencialidad
Otras características5. Otras tecnologías de fabricación
![Page 17: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/17.jpg)
FPGA - R. Corti 17
Tecnologías de fabricación
SRAM ANTIFUSIBLES
EPROMFlash
![Page 18: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/18.jpg)
FPGA - R. Corti 18
Comparación de las tecnologías de fabricación
![Page 19: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/19.jpg)
FPGA - R. Corti 19
Qué ASIC utilizar? Cuándo elegir FPGA ??Performance (área, frecuencia de trabajo, consumo)
Tiempo de desarrollo
Cantidad de dispositivos
Funcionalidad madura o cambiante
FPGA para lograr un diseño maduro
Volcado a una ASIC de tipo Full-Custom
![Page 20: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/20.jpg)
FPGA - R. Corti 20
ASIC Full Custom versus FPGA
![Page 21: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/21.jpg)
FPGA - R. Corti 21
FPGA´s: ¿Cómo se usan? ?
Su configuración se define, simula, corrige e implementa en ambientes EDA integrados
Introducen la simulación como un elemento fundamental.
Diseño Simulación Prototipo
Permiten distintas metodologías y flujos de diseño
Permiten modularización y reuso a partir de bibliotecas
![Page 22: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/22.jpg)
FPGA - R. Corti 22
FPGA´s: Fases de desarrollo EDAIngreso del diseño
Simulación funcional
Síntesis
Implementación
Programación del dispositivo
Simulación temporal
Netlist funcional
Netlist + Restricciones
Bitstream
![Page 23: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/23.jpg)
FPGA - R. Corti 23
Fases de desarrollo EDA: Procesos
![Page 24: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/24.jpg)
FPGA - R. Corti 24
Ingreso del diseño
Otras asignaturasDigital II
Captura de Esquemáticos Lenguajes HDL
Editores GráficosBibliotecas de bloquesPersonalización de funcionalidadComplejidad hasta 6000 puertas
Descripciones de alto nivelEdición rápida y sencillaDiseños más complejos
Las herramientas EDA permiten modularizar el sistema y combinar distintos estilos de descripción.
![Page 25: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/25.jpg)
FPGA - R. Corti 25
Ingreso del diseño con esquemáticos:
![Page 26: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/26.jpg)
FPGA - R. Corti 26
Simulación comportamental del diseño
Depuración!!
![Page 27: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/27.jpg)
FPGA - R. Corti 27
Programación en campo del dispositivo
El archivo bitstream obtenido permite configurar la FPGA
Cómo?? FPGA configurables en campo y volátiles.
Es posible bajar la configuración desde una PC
Placa académica XSA - 50
A través del puerto paralelo utilizando herramientas de software y recursos de la placa.
Existen otras formas de programar una FPGA.
![Page 28: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/28.jpg)
FPGA - R. Corti 28
Placa XSA-50 - Conexiones externas
Fuente: XSA- Manual del usuario.
El diseño reside en la FPGA !!
Verificación de su funcionamiento
![Page 29: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/29.jpg)
FPGA - R. Corti 29
Ley de Moore para FPGA
A medida que crece el nº de transistores el costo baja.
![Page 30: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/30.jpg)
FPGA - R. Corti 30
FPGA: Tendencias
Fuente: Publicaciones de la empresa Actel.
![Page 31: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/31.jpg)
FPGA - R. Corti 31
FPGA: Tendencias
Fuente: Publicaciones de la empresa Actel.
![Page 32: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/32.jpg)
FPGA - R. Corti 32
Datos generales sobre FPGA´s
Algunas aplicaciones
Guitarras Gibson – sonido digitalVehículos de exploración de Marte (NASA)Módulo de control de Williams F1Misiles Tomahawk
AlgunosFabricantes
LatticeCypressActelQuicklogic
XilinxAlteraAtmel
Costo de los dispositivos
Desde menos de 10 dólares a varios cientos, dependiendo de las características, aún en la misma familia de dispositivos.
![Page 33: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/33.jpg)
FPGA - R. Corti 33
ConclusionesMicroelectrónica
InformáticaHW Reconfigurable
Flexibles y reprogramables en campo.
FPGA Personalizables por el usuario con herramientas EDA
Bajo tiempo de desarrollo y tolerancia a fallas
Fundamentales para I+DIdeales para muchas aplicaciones
![Page 34: DISPOSITIVOS DE LÓGICA PROGRAMABLES EN …15dejuniomnr.com.ar/blog/apunteca/Ciclo Superior/ECA/Digital 2... · DIGITAL II – ECA Departamento de ... Cambia el Software Cambia el](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022022422/5a9989a27f8b9aba4a8d4cce/html5/thumbnails/34.jpg)
FPGA - R. Corti 34
Bibliografía
Fundamentos del diseño de CI digitales – M.I.Schiavón –UNR Editora – Capítulos 1, 2 y 5.
Diseño digital – J. Wakerly – Capítulo 10 (dispositivos programables CPLD y FPGA).
Programmable_logic_design_handbook – Xilinx – Introducción (evolución de los dispositivos) y herramienta Webpack