Dispositivos Programáveis

Prof Paulo Sérgio Brandão do NascimentoCentro Federal de Educação Tecnológica de Pernambuco

Coordenação de Eletrônica e Telecomunicações

Aula 1

Agenda Introdução Tipos de Dispositivos Programáveis

Lógicas Programáveis Microprocessadores

Microcontroladores CISC RISC

Arquitetura 51 AT89C51

Introdução Paradigma Microeletrônico

IntroduçãoParadigma Microeletrônico

Primeiro ICFairchild 1958(Bob Noyce)

Andy Grove,Robert Noyce,Goordon Moore(Intel 1968)

Intel 4004 - 1971

Primeiro Microprocessador (Ted Hoff)

IntroduçãoParadigma Microeletrônico

Gordon Moore Lei de Moore

Crueldade da Lei de Moore:Extraordinária Sofisticação

IntroduçãoParadigma Microeletrônico

TransistorMOS~30nm

Vírus

~100 TransistoresMOS

Introdução Paradigma Microeletrônico

Lógicas Programáveis Paradigma de (Programação -

Espacial)

Antigos Sistemas a Relé

Lógicas Programáveis Paradigma de (Programação -

Espacial) Quadro de Comando a Relé: Lógica (programação) definida pelas conexões (Hardwire)

Lógicas Programáveis Paradigma de (Programação -

Espacial)

Claude Shannon(1916-2005):Pai da Eletrônica Digitale Teoria da Informação

George Boole(1815-1864):Álgebra Booleana

Lógica Digital (Baseada em Portas)

Lógicas Programáveis Paradigma de (Programação -

Espacial) Quadro de Comando a Relé: Lógica (programação) definida pelas conexões (Hardwire)

Integração e baixa escala (SSI)Circuitos integrados de portas lógica

Lógicas Programáveis Matrizes de Lógica Programável:

PLAs, FPGAs

Xilinx Spartan 3 Device

FPGA (Field Programmable Gate Array)Programmable Logig Chip (PLA)

Monolithic Memories Inc -PAL 16L8

Lógicas Programáveis Matrizes de Lógica Programável:

PLAs:

PLA

Lógicas Programáveis Matrizes de Lógica Programável:

FPGAs:

Xilinx Spartan 3 Device

FPGA CLBs (Configurable Logic Bocks) Roteamento

Xilinx FPGAIOBs (Input Output Bocks)

Lógicas Programáveis Matrizes de Lógica Programável:

FPGAs:

Xilinx Spartan 3 Device

FPGA CLBs (Configurable Logic Bocks) Roteamento

Xilinx FPGAIOBs (Input Output Bocks)

Detalhes dos FPGAS

Matrizes de Roteamento

Conexão Programável

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

OffTransmissor MOS

Conexões Programáveis:

On

Off Transmissor MOS ===> Delay!!!

Plano de Configuração SRAMConfig_bit

Detalhes do FPGA

FPGA

CLB CLB CLB CLBCLB CLB CLB

CLB CLB CLB CLBCLB CLB CLB

CLB CLB CLB CLBCLB CLB CLB

CLB CLB CLB CLBCLB CLB CLB

CLB CLB CLB CLBCLB CLB CLB

CLB CLB CLB CLBCLB CLB CLB

CLB CLB CLB CLBCLB CLB CLB

Programmable IO

KLUTInputs D FF

Clock

Out

BLE # 1

BLE # N

NOutputs

I Inputs

Clock

I

N

Programmable Logic (CLB)

Programmable Routing

Interface de Configuração

Vantagens e Desvantagem da Lógica Programável

Vantagens: Alto grau de paralelismo das operações Granularidade fina a nível de bit Alta flexibilidade e capacidade de otimização para a aplicação Alta densidade de entrada e saída de dados (até milhares de pinos de

entrada e saída) Melhor relação potencia/processamento (comp. com microprocessadores)

Desvantagens: Custo alto Grande consumo de área com recursos de programação Altos tempos de configuração Retardos de propagação significativos (reduz a velocidade de operação) Projeto da Aplicação complexo (estilo de projeto de ASICs)

ASICs = Applications Specific Integrated Circuits

Microprocessadores (Microcontroladores)

Programação Temporal

CPUConjunto de InstruçõesCISC ou RISC

Add r1,r2Mov r1,[r2]Nor r2,#10Call Address

Portas I/O

Mundo Externo

Programa Armazenado.....

Temp db 00;Press db 00;Veloc dp 00;........

Add r1,r2;Mov [r2],r1;Nor r2,r3;Call F_Address;Push r5;Ret;........

Tempo (execução sequencial)

Sistema de MemóriaCircuitos eletrônicosCompletamente fixosNo processador (Hardware)

Desenvolvimento da aplicação via Programação(software)

Vantagens e Desvantagens dos Microprocessadores

Vantagens Menor área para programação Maiores velocidades de clock (baixo retardo de

propagação) Projeto de Aplicação bastante simples baseado em

desenvolvimento de software (programação) Baixo custo do componente

Desvantagens Dificuldades de utilização do paralelismo de aplicação Granularidade a nível de palavras: desperdício de

hardware na manipulação de bits Pouca flexibilidade para otimizações voltadas a aplicação Maior consumo de potência por processamento

Porque Estudar Dispositivos programáveis

Microprocessadores, Microcontroladores e

Lógicas Programáveis ?

Porque Existe Mercado para esta área,

atualmente,E uma Tendência de

Crescimento

Tecnologia de Sistemas Microprocessados no MercadoSmart OK e Connect OK –

Produtos completamentedesenvolvidos por Professores e alunos doCEFET-PE

Aumento do Nível de integração -> tendência a SoCs

SoC = System on Chip

System on Chip Complexo

SSTL CoreESA Core

Debug

CAN Network >100Mbps

170MbyteMicrodrive

TX

TCSP1M*64 SRAM

CAN BUS LVDS

RX2RX1RX0

Linear Regulator

POR

+3.3V

EDACDECDED

ROM LUTBootstrap

AMBA AHB

CANInterface

AMBA AHB

LEON Sparc V8 CORDICCoprocessor

AMBA AHB

AMBA AHB

HDLC TXController

AMBA AHB

HDLC RXController

FIFO

AMBA AHB

HDLC RXController

FIFO

AMBA AHB

HDLC RXController

FIFO

System Bus

CF+ I/FTrue IDE

FIFO

Parallel PortInterface

UART

AMBA AHB

PIO

FIFO

AMBA AHB

+2.5V +3.3V

CLK CLK CLK CLK

Projetos Baseados em Plataforma

MEM MEM

CTRL CTRL

CPU CPU

CACHE CACHEMEM MEM

RTOS, SW RTOS, SW

FPGA FPGA

FPGAFPGA

Tipos de Usuários de PBD:

•Power Users:

•Modifica a plataforma em todos os níveis (hw e sw)

•Application Users:

•Desenvolvedor de Software•Uso de IPs de bibliotecas

•Package Users: •Desenvolvimento de Software para aplicação apenas

Projetos Baseados em Plataforma

MatLab Simulink

Xilinx ISE

FPGA BoardC, Assembly Compilers

System Project Hardware Implementation

SoftwareImplementation

Microprocessor System

A plataforma que usaremos no Curso

AT89C51(Atmel)

Ambiente de ProgramaçãoAssembly

Conclusão Dispositivos programáveis são muitos

importantes na tecnologia eletrônica atual Todo os sistema atuais tendem a

incorporar funções microprocessadas e são baseados em plataformas

O sistemas são extremamente complexos e requerem muito estudo e dedicação por parte do Aluno

As bases de eletricidade, eletrônica analógica e digital são fundamentais para que o aluno tenha o desempenho necessário no estudos dos sistemas embarcados modernos