Dispositivos_L_gicos_Program_veis___Aula_03

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Dispositivos Lógicos Programáveis - DLP
Aula 03 - FPGAs, blocos lógicos e arquitetura.
Álvaro Magri Nogueira da Cruz
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Agenda
1 Introdução
2 Blocos lógicos
3 Arquitetura geral de roteamento
4 Exerćıcios
5 Bibliografia base
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Introdução I
FPGA: Field Programmable Gate Array ;
FPGA é um circuito integrado que contém um grande número (na
ordem de milhares) de unidades lógicas idênticas;
Componentes padrões que podem ser configurados;
Interconectados por uma matriz de trilhas condutoras e switchs
programáveis;
Principais fabricantes: Xilinx e Altera.
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Introdução II
Figura 1: FPGA Altera Ciclone II.
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Introdução III
Figura 2: Visão geral de uma FPGA.
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Introdução IV
ASIC versus FPGA
ASIC:
Fabricado para uma determinada função;
Não é programável.
FPGA:
Pode realizar diversas funções;
Circuito programável e reprogramável.
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Introdução V
CPLD versus FPGA
CPLD:
Conjunto grande de
interconexões cont́ınuas e
predefinidas;
Conjunto de arrays AND e
OR, pois é formado por
SPLDs.
FPGA:
Conexões segmentadas em
tamanho pequenos;
Arrays regulares de
multiplexadores separados
em colunas e linhas.
AUMENTA A
DENSIDADE LÓGICA.
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Introdução VI
Figura 3: CPLD versus FPGA: esquema de roteamento.
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Blocos lógicos I
No interior de cada bloco lógico de FPGA existem vários modos
posśıveis para implementação de funções lógicas;
O mais utilizado pelos fabricantes de FPGA como, por exemplo, a
empresa Altera Corp., é o bloco de memória LUT (Look – Up Table);
LUT
Esse tipo de bloco lógico contém células de armazenamento que são
utilizadas para implementar pequenas funções lógicas;
Cada célula é capaz de armazenar um único valor lógico:
0;
1.
LUTs possuem geralmente quatro ou cinco entradas;
O que permite endereçar 16 ou 32 células de armazenamento;
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Blocos lógicos II
Figura 4: Esquema de um LUT dentro de um bloco lógico.
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Blocos lógicos III
Caracteŕısticas das células dos LUTs
As células de armazenamento dos LUTs de um FPGA são voláteis;
Falta de energia = perda do conteúdo armazenado.
A FPGA dever se programado toda vez que for energizado;
Geralmente, utiliza-se uma pequena memória FLASH ou EEPROM
(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory);
Deve carregar automaticamente as células de armazenamento, toda vez
que o FPGA for energizado.
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Granularidade I
O grão é a menor unidade configurável que compõe um FPGA;
Grão grande: podem possuir como grão unidades lógicas aritméticas,
pequenos microprocessadores e memórias;
Grão médio: frequentemente, contêm dois ou mais LUTs e dois ou
mais flip-flops. A maioria das arquiteturas de FPGAs implementam a
lógica em LUTs de quatro entradas;
Grão pequeno: contêm um grande número de blocos lógicos simples.
Os blocos lógicos normalmente contêm uma função lógica de duas
entradas ou multiplexadores 4x1 e um flip-flop.
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Arquitetura geral de roteamento I
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a) Pinos: Entrada e Sáıda de blocos lógicos;
b) Conexão: Ligação elétrica de um par de pinos;
c) Rede: Conjunto de pinos que estão conectados;
d) Bloco de Comutação: Utilizado para conectar os segmentos da
trilha;
e) Segmentos da Trilha: Segmento não interrompido por chaves
programáveis;
f) Canal de Roteamento: Grupo de 2 ou mais 3 trilhas paralelas;
g) Bloco de Conexão: Permite a conectividade das entradas e sáıdas
de um bloco lógico com os segmentos de trilhas nos canais.
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Exerćıcios
1 Cite e descreva uma diferença entre CPLD e FPGA.
2 O que é uma LUT (Look Up Table)?
3 Em um cenário hipotético, uma FPGA no desenergizada, ao ligá-la
todas suas configurações foram carregadas e sua operação voltou ao
normal. A afirmação está correta? Se esta, porque foi posśıvel
carregar as configurações?
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Bibliografia base
1 FRANCHI, Claiton Moro; CAMARGO, Valter Luis Arlindo de.
Controladores lógicos programáveis: sistemas discretos. São
Paulo: Ed. Érica, 2009;
2 TOCCI, R. J.; WIDMER, N. S. Sistemas digitais: prinćıpios e
aplicações. 10 ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2007;
3 ALMEIDA, Rodrigo Maximiamo Antunes de; MORAES, Carlos
Henrique V. Programação de sistema embarcados: desenvolvendo
software para microcontroladores em linguagem C. Rio de Janeiro:
LTC, 2016.
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Bibliografia complementar
1 OLIVEIRA, A. S. de. Sistemas embarcados: hardware e firmware na
prática. São Paulo: Saraiva, 2010;
2 PEDRONI, Volnei. A. Eletrônica digital moderna e Vhdl. Rio de
Janeiro: Elsevier, 2010;
3 D. AMORE, Roberto. VHDL: descrição e śıntese de circuitos. Rio de
Janeiro: LTC, 2015;
4 HEXSEL, Roberto A. Sistemas digitais: microprocessadores.
Curitiba: UFPR, 2012;
5 LOURENÇO, Carlos Antonio: Circuitos digitais. São Paulo: Érica,
2007.
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	Introdução
	Blocos lógicos
	Arquitetura geral de roteamento
	Exercícios
	Bibliografia base