Slides do treinamento Altera - Introdução a FPGA

Treinamento AlteraIntroduçãoMacnica DHW

André Castelan Prado

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

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.

Durante o treinamento

• Pergunte...

• Expresse seu ponto de vista...

• Troque experiências...

• Ajude...

• Participe!!!!!!

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.

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

http://www.emeraldinsight.com/

Sistemas digitais

Circuitos integrados

Representação

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.

Árvore das tecnologias

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.

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

Projetando com TTLTabela verdade

Mapa de Karnaugh

Soma de produtos

Lógica programável - FPGA

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.

Comparativo

• As tecnologias podem ser comparadas em 5 aspectos fundamentais:

• Área

• Desempenho

• Custo

• Consumo

• Time to market

Design tradicional

Com FPGA

Onde se usa FPGA?

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

Dúvidas?

• Lembrando – Linguagens de Descrição de hardware NÃO É SOFTWARE!

• Descrição de circuitos digitais

• Vamos ao que interessa – Introduction to VHDL!

• Contato:

andre.castelan@embarcados.com.br