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Eletrônica Embarcada Aula 1 - Considerações sobre Lógica Programável Estruturada: Dispositivos Lógicos Programáveis Prof. Lázaro Camargo

Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

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Eletrônica EmbarcadaAula 1 - Considerações sobre L ógica Program ável Estruturada: Dispositivos Lógicos Program áveis

Prof. Lázaro Camargo

Page 2: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Eletrônica Embarcada

“on-board electronics”

“Equipamentos eletrônicos destinados a

aplicações embarcadas em dispositivos ou

sistemas moveis ou autônomos”

Page 3: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Automóveis, aeronaves, embarcações, satélites,

equipamentos médicos, equipamentos de

comunicação,

Áreas de aplica ção

Page 4: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Sistemas microprocessados ou

microcontrolados são amplamente

empregados em aplicações de controle

de sistemas embarcados

Page 5: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Vantagem:

Grande flexibilidade e rápido ajuste do sistema através

da programação

Desvantagem:

Perdas de tempo e atrasos que podem ser ocasionados

pelo tempos de operação destes dispositivos (busca e

processamento)

Page 6: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Costa, Cesar; Projetando Controladores Digitais com

FPGA, São Paulo, Novatec, 2006

Paginas 15 a 23

Leitura Complementar: Capitulo 1 do livro

Page 7: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Possibilidade do usuário “criar” seu próprio

circuito integrado digital.

Tecnologia de Dispositivos Lógicos Program áveis

Page 8: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Circuitos integrados digitais padrão:

portas E, OU, NOT e Flip-Flops

Circuitos digitais de aplicações especificas:

ASIC (Application Specific Integrated Circuit)

Page 9: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Implementação de fun ções com vários

componentes externos conectados para

realizar sua funcionalidade.

Page 10: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

ASIC (Application Specific Integrated Circuit)

� Processo de fabricação especial, extremamente caro e

de prazo de desenvolvimento longo.

� Elimina necessidade de componentes externos.

� Sua funcionalidade fica predefinida.

� Utilizados em aplicação de grande volume de produção.

Circuitos digitais de aplica ções especificas:

Page 11: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

� Ferramenta de desenvolvimento, Electronic Design

Automation (EDA)

� Dispositivos Lógicos Programáveis, Programmable

Logic Devices (PLD)

Tecnologia de Dispositivos Lógicos Program áveis:

Page 12: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

� Os PLDs são circuitos integrados que podem ser

configurados pelo próprio usuário e não

apresentam nenhuma função predefinida.

� O ciclo de projeto é menor e o custo é reduzido,

comparado com o investimento no

desenvolvimento de uma ASIC

Tecnologia de Dispositivos Lógicos Program áveis: (continuação)

Page 13: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

� A arquitetura de um controlador baseado em um

Dispositivo Lógico Programável permite que o

algoritmo do controle seja implementado em

Hardware, que elimina os ciclos de busca e

execução de instruções de um controlador baseado

em microcontrolador e software.

Tecnologia de Dispositivos Lógicos Program áveis: (continuação)

Page 14: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

� A arquitetura de um Dispositivo Lógico

Programável permite que defina-se vários blocos

de hardware que operam em paralelo e aumentam

muito a capacidade computacional

Tecnologia de Dispositivos Lógicos Program áveis: (continuação)

Page 15: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Principais fabricantes:

� Altera* � Xilinx*� Atmel� Actel� Cypress� Lattice� Quicklogic* As duas fabricantes detém mais de 60% do mercado

Tecnologia de Dispositivos Lógicos Program áveis: (continuação)

Page 16: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

� SPLD

� CPLD

� FPGA

Tecnologia de Dispositivos Lógicos Program áveis: (continuação)

Page 17: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Eletrônica Embarcada

Tecnologia SPLD (Simple Programmable Logic Device)

•Categoria de todos os pequenos PLDs como PLAs, PALs

•Características mais importantes: baixo custo e alto

desempenho

Page 18: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Tecnologia SPLD (Simple Programmable Logic Device)

Page 19: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Tecnologia SPLD (Simple Programmable Logic Device)

(continuação)

Page 20: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

� Constituídos de múltiplos SPLDs integrados em um

único chip

� Apresentam interconexões programáveis para

conectar os blocos SPLDs

� Capacidade lógica de até 50 SPLDs típicos.

Tecnologia CPLD (Complex Programmable Logic Device)

Page 21: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Tecnologia CPLD (Complex Programmable Logic Device)

(continuação)

ArquiteturaCPLD MAX7000

Altera

ArquiteturaCPLD MAX7000

Altera

Page 22: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

ArquiteturaCPLD MAX7000

Altera

Macrocelula

ArquiteturaCPLD MAX7000

Altera

Macrocelula

Tecnologia CPLD (Complex Programmable Logic Device)

(continuação)

Page 23: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

�Constituídos de um arranjo de elementos de circuitos

não conectados – os blocos lógicos – e recursos de

interconexão

�Configuração: programada pelo usuário.

Tecnologia FPGA (Field Programmable Gate Array)

Page 24: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Tecnologia FPGA (Field Programmable Gate Array)

(continuação)

Arquitetura de um FPGAArquitetura

de um FPGA

Page 25: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

� Especificação e entrada do projeto

� Síntese e mapeamento da tecnologia

� Posicionamento e roteamento

� Verificação e teste

� Programação do FPGA

Desenvolvimento de Projetos utilizando FPGA:

Page 26: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Costa, Cesar; Projetando Controladores Digitais com

FPGA, São Paulo, Novatec, 2006

Paginas 27 a 43

Leitura Complementar: Capitulo 2 do livro

Page 27: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Floyd, Thomas; Sistemas Digitais: Fundamentos e

aplicações, 9a. Edição, Bookman, Porto Alegre 2007

Páginas 621 a 659

Leitura complemetar:Tecnologias PLD e FPGA: Capitulo 11 do livro

Page 28: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Tocci,R: Sistemas Digitais: Princípios e e aplicações,

10a. Edição, Pearson,

Leitura complemetar:Capitulo 12 – Aplica ções de um Dispositivo de L ógica Program ável

Page 29: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

EDA (Electronics Development

Automation)

Software para L ógica Program ável

Page 30: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

1. Inserção do Projeto (Formato esquem ático ou HDL)

2. Simulação funcional

3. Síntese

4. Implementação

5. Simulação de temporização

6. Programação do Dispositivo (download)

Etapas do projeto geral para programa ção de um CLPD ou FPGA

Page 31: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Esquem ático

Software para L ógica Program ável

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� É uma linguagem de descrição de “hardware”, ou seja, uma forma estruturada para a descrição de circuitos digitais.

� Essa linguagem permite que o circuito eletrônico

seja descrito com sentenças, tais como em uma

linguagem de programação, possibilitando que seja

simulado e sintetizado, isto é, transformado em

portas lógicas.

Software para L ógica Program ável(continuação)

HDL (Hardware Description Language)

Page 33: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

� Aumenta a produtividade.

� É uma forma muito mais rápida para projetar circuitos

digitais

� Permite que o mesmo código seja usado com diversas

tecnologias.

� Isso garante portabilidade e longevidade para seu projeto.

� É possível testar o seu código em diversos níveis,

garantindo maior confiabilidade nos resultados.

Software para L ógica Program ável(continuação)

HDL (Hardware Description Language)

Page 34: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Exemplo 1 - Uma porta AND com duas entradas ( a , b ) e saída X.

entity PORTA_E isport (a,b: in bit;

X: out bit);end PORTA_E;

architecture logica of PORTA_E isbegin

X<= a and b;end logica;

Software para L ógica Program ável(continuação)

HDL (Hardware Description Language)

Page 35: Eletrônica Embarcada - Aula 01 - PLD e FGPA

Floyd, Thomas; Sistemas Digitais: Fundamentos e

aplicações, 9a. Edição, Bookman, Porto Alegre 2007

Páginas 659 a 669

e

Páginas 684 a 694

EDA: Capitulo 11 do livro