slides do treinamento altera - introdução a fpga
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Treinamento AlteraIntroduçãoMacnica DHW
André Castelan Prado
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Sobre o instrutor
• Engenheiro de computação com quatro anos de experiência em FPGA na indústria;
• Engenheiro na Reason - Grupo Alstom;
• Equipamentos de alto desempenho critícos para segurança e qualidade no Setor Elétrico.
• Consultor da Macnica DHW para treinamentos
• Editor e colunista no portal Embarcados
• http://www.embarcados.com.br
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Macnica DHW
• DHW Engenharia e Representação;• Desenvolvimento de projetos (hardware e software);
• Treinamentos e consultoria;
• Adquirida pela Macnica Inc em 2012 – Multinacional Japonesa com 34 escritórios na Ásia, Europa e Américas que atua na distribuição de semicondutores.
• Macnica DHW - Baseada em Florianópolis com presença em São Paulo e Porto Alegre;
• Gestora do Programa Universitário Altera e Centro Oficial de Treinamento Altera na América do Sul;
• Distribui os seguintes fabricantes:• Altera, Maxim, Silicon Labs, iWatt, Greenliant, Bittware, Leopard,
ORTUSTECH, Aptina, terasIC.
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Durante o treinamento
• Pergunte...
• Expresse seu ponto de vista...
• Troque experiências...
• Ajude...
• Participe!!!!!!
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Breve introdução
• O desenvolvimento e produção de sistemas digitais é um processo complexo e envolve muitas etapas e pessoas;
• O projeto e a síntese no nível RTL (Register-Transfer-Level), foco deste treinamento, é só uma destas etapas;
• Para entendermos melhor o papel da sintese do circuito e da descrição de hardware (VHDL), vamos dar uma visão geral do processo de desenvolvimento de sistemas digitais.
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Evolução da complexidade
• Nos ultimos 40 anos o número de transistores em um chip cresceu de forma exponêncial, hoje temos centenas de milhões de transistors em um único chip;
• Com as aplicações ficando maiores e mais complexas a tarefa de projetar um sistema digital ficou mais dificil, a melhor forma de de lidar com esta complexidade é olhar o circuito em um nível maior de abstração e utilizar um software para derivar a implementação baixo-nível. Porém esta implementação depende da qualidade da descrição do circuito;
• O software não transforma escolhas ruins de projeto em escolhas boas
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Sistemas digitais
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Circuitos integrados
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Representação
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Tecnologias Existentes
• Lógica padrão;
• CIs com pequenas função especificas como portas AND, OR e etc;
• TTL 74xx, CMOS 4xxx.
• ASIC;
• Application Specific Integrated Circuit é um circuito integrado (CI) construído para executar uma tarefa específica.
• PLD (programmable logic device);
• Arranjo de células lógicas genericas e uma estrutura de interconexão, apesar de serem pré-fabricadas elas são programaveis.
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Árvore das tecnologias
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Application Specific Integrated Circuit• Standard Cell ASIC
• O circuito é construido a partir de componentes lógicos pré-definidos, conhecidos como células padrão, exemplos de célula padrão: somadores, mux e etc.
• Full Custom ASIC
• O circuito é completamente polido para uma aplicação em específico, temos total controle dos componentes, é possível otimiza-lo em nível de transistor. Temos o melhor resultado de desempenho e área mas é muito complexo, normalmente utilizado para fazer os blocos dos ASICs descritos acima.
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Lógica padrão TTL
• Transistor-Transistor Logic é uma classe de circuitos digitais construidos a partir de transistores e resistores.• Apareceu no mercado por volta de 1964
• Cada circuito integrado (CI) possuia funções lógicas distintas, tais como:• XOR, NAND, AND, OR, NOT e etc.
• Familia 74xx da Texas virou padrão de mercado• 7402: Quatro portas NOR de duas entradas
• 7404: Seis inversores (porta NOT)
• 7408: Quatro portas AND de duas entradas
• 7410: Três portas NAND de três entradas
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Projetando com TTLTabela verdade
Mapa de Karnaugh
Soma de produtos
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Lógica programável - FPGA
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Lógica programável
• Os blocos lógicos são agrupados em uma matriz bidimensional, e os fios de interconexão são organizados como canais de roteamento horizontais e verticais entre as linhas e colunas do bloco lógico;
• Os canais de roteamento contém fios e switches programáveis que permitem que os blocos lógicos se conectem de várias formas diferentes.
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Comparativo
• As tecnologias podem ser comparadas em 5 aspectos fundamentais:
• Área
• Desempenho
• Custo
• Consumo
• Time to market
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Design tradicional
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Com FPGA
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Onde se usa FPGA?
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Vantagens de lógica prográmavel
• Menos dispositivos (apenas um FPGA ou CPLD)
• Menos placa
• Menor custo
• Economia de energia
• Mais simples de testar e debuggar
• Segurança do design, previne engenharia reversa
• Flexibilidade no design
• Ferramentas automaticas simplificam e consolidam o fluxo do projeto
• Reprogramação após estar no cliente
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Dúvidas?
• Lembrando – Linguagens de Descrição de hardware NÃO É SOFTWARE!
• Descrição de circuitos digitais
• Vamos ao que interessa – Introduction to VHDL!
• Contato: