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Circuitos Lgicos
CombinacionaisAula 2 - Tecnologia FPGA: famlias de
dispositivos.
Prof. Lzaro Camargo
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Famlias de SistemasDigitais
Como implementar um sistema digital?
Pr-difundidos
(gate array/sea-of-gates)
QCL,
LPGAs
ASIC
(full custom)
processador
controlador
FPGACPLD
PLA, PAL
ROM, PROM,EMPROM,EEPROM
SSI/MSI
Chip fabricado eencapsulado
Programao porfusveis, transistores
especiais ou SRAM
Chip fabricado eencapsulado ou projetovalidado que pode ser
embarcado Programao porlinguagem demontagem
Chip fabricado eencapsulado
Programao=ligao entreos chips
Faltam algumas ou todasetapas de fabricao
Programao=definio
das mscaras
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Opes tecnolgicas paraimplementao de Sistemas
DigitaisPr-difundidos
(gate array/sea-of-gates)
Componentes(ou dispositivos)
programveis
ASIC(full custom)
processador
controlador
FPGACPLD
PLA, PALROM, PROM,
EMPROM,EEPROM
SSI/MSI
QCL,LPGAs
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Programmable Logic Device
um circuito integrado que pode conter grandequantidade de circuitos lgicos, com uma estruturaque no fixa.
um tipo de integrado que contm circuitoslgicos e chaves programveis cujas funes sodefinidas pelo usurio.
Dispositivos LgicosProgramveis (PLD)
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TTLs e PROMs oferecem quase nenhumaflexibilidade e baixssima integrao.
A partir de 1970 surgiram alternativas com maiorcapacidade de integrao, os PLDs .
Um PLD um circuito lgico programvel de
propsito Geral. Tipos: PLAs, PALs marca registrada da Advanced Micro Devices -
AMD.
Dispositivos LgicosProgramveis (continuao)
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Principais fabricantes:
Altera* Xilinx* Atmel Actel Cypress
Lattice Quicklogic
As duas fabricantes detm mais de 60% do mercado.
Tecnologia de DispositivosLgicos Programveis
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Programmable Logic Array.
O primeiro dispositivo programvel.
Composto por uma matriz programvel de ANDse outra de Ors.
Normalmente so dispositivos de capacidade muitoreduzida, com apenas algumas dezenas de portas.
Utiliza lgica de fusveis para a sua programao. Uma vez programados no podem ser
reprogramados.
PLA
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Organizao de um PLA
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Conexes
programveis
Conexes programveis
PLA
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Diagrama esquemtico daPLA
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So includos como parte de chips maiores, como naunidade de controle de um microprocessador, paradecodificar as instrues. Nesse caso a configurao fixa.
Podem ser encontradas com integrados disponveisno mercado, quando, tipicamente, possuem:16 entradas,
32 termos de produto e8 sadas
Aplicaes de PLAs
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Programmable Array Logic
Dispositivo programvel com o array de ORfixo.
PAL
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Arquitetura tpica de umPLA
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A PAL possui plano AND programvel, mas oplano OR fixo.
A PLA possui ambos os planos programveis.
Desta maneira, o PAL : mais simples de fabricar,mais barato e com maior desempenho.
Diferena em relao a um PLA
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Software EDA + programador
Gravao de PALs ou PLAs
Imagem divulgao de marca
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Complex Programmable Logic Device
um circuito que pode conter mltiplos BLOCOSde circuitos, com recursos de CONEXO (wiring)
interna para conectar esses blocos.
Quando no projeto muitas entradas e sadas so
necessrias, as PALs e PLAs no as possuem emnmero suficiente, usa-se ento um CPLD.
CPLD
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Os elementos programveis so clulas do tipoEEPROM (Eletrical Erasable PROM) , ou seja, soreprogramveis mediante apagamento prvio docontedo anterior.
A informao de programao armazenada emcarter no voltil, isto , enquanto no houveruma operao explcita de apagamento elas somantidas indefinidamente.
CPLD (continuao)
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Estrutura de um CLPD
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Encapsulamento CPLD
Imagem divulgao de marca
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Programao de CLPDin-circuit
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Exemplo de CPLD
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Exemplo de CPLD (continuao)
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Exemplo de CPLD (continuao)
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Exemplo de CPLD (continuao)
Sequncia de Programo do Max 7000E da Altera
1. Entrar no Modo ISP: comutar do modo usurio para o modo ISP.
2. Checar Silicon ID
3. BuIk Erase: deslocar instrues de apagamento e aplicar um
pulso de apagamento de 100 ms.4. Programao: deslocar endereo e dado e ento aplicar umpulso para progamar as celulas EEPROM. Este processo repetidopara cada endereo de EEPROM.
5. Verificao: deslocar endereo e dado para comparao e aplicarum pulso de leitura na celula de EEPROM. Este processo repetidopara cada endereo de EEPROM.
6. Sair do modo ISP
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Field-Programmable Gate Array
um circuito integrado que possui capacidadelgica superior a dos CPLDs
um chip que no possui planos AND e OR, masBLOCOS LGICOS CONFIGURVEIS.
FPGA
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So dispositivos programveis que possuem uma
arquitetura baseada em blocos lgicos configurveis,chamados de CLB (Configuration Logical Blocks).
Os CLBs so formados por portas lgicas e flip-flopsque implementam funes lgicas.
A FPGA tambm formada por estruturas chamadas de
blocos de entrada e sada (IOB In/Out Blocks), osquais so responsveis pela interface das sadasprovenientes das combinaes de CLBs.
FPGA (continuao)
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FPGA (continuao)
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FPGA (continuao)
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FPGA (continuao)
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Uma FPGA usa Blocos Lgicos reconfigurveis.
Os bits de configurao so selecionados deacordo com a funo lgica desejada.
A configurao uma tabela da verdade (lookuptable) da funcionalidade.
FPGA (continuao)
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A FPGA pode implementar lgica puramente
combinacional ou sequencial, ou seja, que faz usode flip-flops.
FPGA (continuao)
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As LUTs (Look Up Tables) podem ser programadaspara qualquer tipo de porta necessria ao projeto.
FPGA (continuao)
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As interconexes entre as LUTs so programveis.
FPGA (continuao)
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FPGA (continuao)
As interconexes entre as LUTs so programveis.
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FPGA (continuao)
As interconexes entre as LUTs so programveis.
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Os fabricantes de FPGAs rapidamente perceberamque o uso de flip-flops poderia ser muito til.
Eles conectaram um flip-flop do tipo D a uma LUTde quatro entradas para formar um Bloco LgicoConfigurvel (CLB).
FPGA (continuao)
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FPGA (continuao)
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FPGA (continuao)
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A configurao da LUT e da interconexo voltil,
isto , se perde quando a alimentao removida.
Existe uma memria no-voltil associada FPGA
de onde a sua configurao carregada quando osistema ligado.
J que a programao feita pelo usurio depoisda fabricao ela chamada de programvel nocampo field programmable.
FPGA (continuao)
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Outros aspectos:
Ferramentas CAD translacionam uma funolgica para o interior de um nico bloco lgico.
Clulas de LUTs so volteis, ento sonecessrias PROMS ao lado de FPGAs (contedo
atualizado ao serem alimentadas).
FPGA (continuao)
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So volteis pois as clulas de armazenamento
so implementadas com memrias SRAMs(memrias RAM estticas).
FPGAs so indicados para circuitos com mais de1 milho de transistores.
FPGA(continuao)
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FPGA(continuao)
Fabricantes de FPGAs / modelos
Empresa Produtos Web page
Actel Act 1, 2 e 3, MX, SX www.actel.com
Altera FLEX 6000, 8000,
10k, APEX 20k
www.altera.com
Atmel AT6000, AT40K www.atmel.com
Lucent ORCA 1, 2 e 3 www.lucent.com
Quicklogic pASIC 1, 2 e 3 www.quicklogic.com
Vantis VF1 www.vantis.com
Xilinx XC3000, XC4000,XC5200, Virtex,Spartan
www.xilinx.com
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Consideraes tecnolgicasfinais
CIs da srie 7400 contm poucas portas eraramente so utilizados atualmente, exceto porbuffers e drivers.
PLDs so amplamente utilizados em muitos tipos deaplicao.
Os SPLDs (PALs e PLAs) oferecem baixo custo ealta velocidade..
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Consideraes tecnolgicasfinais (continuao)
CPLDs so utilizados em circuitos maiores, de10.000 a 20.000 portas, no adequados aos SPLDs.
Muitas aplicaes de CPLDs podem tambm serrealizadas com FPGAs.
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Consideraes tecnolgicasfinais (continuao)
CPLDs e FPGAs so mais amplamente usados,pois hoje em dia se considera importante colocarmuitos circuitos num nico chip.
Tecnologias de Gate Arrays, clulas-padro echip customizado so usadas em aplicaes querequerem circuitos grandes, alta velocidade, baixo
consumo e onde se espera alto volume de fabricao.
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