Dispositivo Lógico Programável(PLD)

Documentos relacionados
Profa. Luiza Maria Romeiro Codá Profa. Dra Maria Stela Veludo de Paiva

ELD - Eletrônica Digital Aula 11 Introdução à Lógica Programável. Prof. Antonio Heronaldo de Sousa

Dispositivos de Lógica Programável

Hardware Reconfigurável

Capítulo13 Arquiteturas de Dispositivos Lógicos Programáveis Pearson. Todos os direitos reservados.

DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS DLP. 15/8/2013 Prof. Joselito ELP1DLP1 / npee / DEE 1

Aula 11. Dispositivos Lógicos Programáveis. SEL Sistemas Digitais. Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira

DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS. SEL Sistemas Digitais Prof. Homero Schiabel

Dispositivos Lógicos Programáveis (PLDs) Leandro Schwarz

DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS - DLP. 26/08/2015 Prof. Alexandre - ELP1DLP1 1

PROJETO LÓGICO DE COMPUTADORES Prof. Ricardo Rodrigues Barcelar

Projetos de Circuitos Digitais em VHDL e FPGA

EPROM - EEPROM Dispositivos Lógicos Programáveis

Parte # 2 - Circuitos Combinatórios

Standards para Memórias

ELE Microprocessadores I. AULA 12 Arquitetura do Microprocessador Interface com as memórias

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia de Sistemas Eletrônicos - PSI

SISTEMAS DIGITAIS MEMÓRIAS E CIRCUITOS DE LÓGICA PROGRAMÁVEL

Dispositivos Lógicos Programáveis. Prof. Luiz Fernando Copetti

Tutorial PET-Tele. Circuitos Digitais Configuráveis

FPGA - Field Programmable Gate Array

PCS 3115 Sistemas Digitais I

Tecnologias Digitais

Componentes Programáveis. PLD, CPLD e FPGAs. pelo Utilizador. José Miguel Vieira dos Santos. JMVS - SACP

Sempre que ocorre uma grande

SISTEMAS DIGITAIS MEMÓRIAS E CIRCUITOS DE LÓGICA PROGRAMÁVEL

Introdução à Computação

Arquitetura e Organização de Computadores. Processador Registrador Memória. Professor Airton Ribeiro

Sistemas Digitais (SD) Lógica Programável

T&S EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS Manual do Usuário

PUC-Rio. Dispositivos Lógicos Programáveis

Arquitetura e Organização de Computadores. Processador Registrador Memória. Professor Airton Ribeiro

Arquitetura FPGAs e CPLDs da ALTERA RESUMO

Resumo teórico INTRODUÇÃO AOS DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação. Profa. Luiza Maria Romeiro Codá DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

Sistemas Digitais (SD) Lógica Programável

ROM

MEMÓRIAS. Sistemas Digitais II Prof. Marcelo Wendling Nov/18

SISTEMAS DIGITAIS (SD)

SSC512 Elementos de Lógica Digital. Memórias. GE4 Bio

Memórias. SEL-415 Introdução à Organização dos Computadores. Parte 1. Aula 4. Profa. Luiza Maria Romeiro Codá

SIMULAÇÃO DE CIRCUITOS E DISPOSITIVOS PROGRAMÁVEIS

ELETRÔNICA DIGITAL I

Sistemas Digitais I LESI :: 2º ano. Introdução

Introdução aos circuitos integrados de aplicação específica

1. Sistemas de numeração e códigos 23

FPGA & VHDL. Tutorial

Introdução aos Circuitos Integrados de Aplicação Específica

William Stallings Arquitetura e Organização de Computadores 8 a Edição. Capítulo 5 Memória interna

PCS 3115 Sistemas Digitais I. Memórias & FPGAs. Prof. Dr. Marcos A. Simplicio Jr.

PCS 3115 Sistemas Digitais I Memórias & FPGAs Prof. Dr. Marcos A. Simplicio Jr. Adaptado por Glauber (2018)

Disciplina: Processamento Digital de Sinais (ENG577) Aula 05 Parte 2: Dispositivos de Hardware Programável Prof.: Eduardo Simas

Sistemas Digitais. Módulo 15 Prof. Celso PLD - DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

Opções de Design para Circuitos Integrados CMOS

LISTA DE EXERCÍCIOS #2 (BASEADO NO ENADE COMPUTAÇÃO)

MEMÓRIAS SEMICONDUTORAS

Organização e Arquitetura de Computadores I

Professor: Vlademir de Oliveira Disciplina: Microcontroladores e DSP. Memórias de Dados e de Programa

SSC0112 Organização de Computadores Digitais I

Introdução ao Projeto de Sistemas Digitais com Dispositivos Programáveis

Memórias. Memórias: Utilização:

ELETRÔNICA DIGITAL II

Memórias Parte 1. SEL-0415 Introdução à Organização de Computadores. Aula 4. Prof. Dr. Marcelo Andrade da Costa Vieira

Universidade de São Paulo

Introdução ao Projeto de Sistemas Digitais com Dispositivos Programáveis

Introdução ao Projeto de Sistemas Digitais com Dispositivos Programáveis

CONHECIMENTOS ESPECÍFICOS» CONTROLE E PROCESSOS INDUSTRIAIS (PERFIL 6) «

Adriano J. Holanda FAFRAM. 4 e 11 de maio de 2012

Eletrônica Digital. Memórias Semicondutoras PROF. EDUARDO G. BERTOGNA UTFPR / DAELN

MEMÓRIAS PAPEL FOTOGRAFIA FITA PERFURADA DISPOSITIVOS MAGNÉTICOS DISPOSITIVOS ÓPTICOS DISPOSTIVOS DE ESTADO SÓLIDO

Field Programmable Gate Array - FPGA / Minicurso teórico-prático em Computação Híbrida

Memórias ROM ( Read-Only Memory )

Circuitos Digitais Representação Numérica. Sistema Digital. Circuitos Digitais. Conversão A/D e D/A. Circuitos Digitais

Universidade Federal do ABC

SSC0112 Organização de Computadores Digitais I

Arquitetura de Computadores Memória Principal

Revisão: Projeto e síntese de Circuitos Digitais em FPGA

ELT601 Eletrônica Digital II

Circuitos Lógicos. Prof. Odilson Tadeu Valle

ARQUITETURA DE COMPUTADORES. Nível da Lógica Digital. Prof.: Agostinho S. Riofrio

Dispositivos Lógicos Programáveis

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

MICROPROCESSADORES TIPOS DE MEMÓRIAS

SUBSISTEMA DE MEMÓRIA FELIPE G. TORRES

Projeto de Lógica Combinatória

Projeto de Sistemas Embarcados

Field Programmable Gate Array - FPGA / Mini-curso de Computação Híbrida Reconfigurável

FACULDADE LEÃO SAMPAIO

Arquitetura FPGAs e CPLDs da Xilinx

Eletrônica Digital II (Memórias) Prof. Eng. Antonio Carlos Lemos Júnior

USP -ESCOLA POLITÉCNICA PCS - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE COMPUTAÇÃO E SISTEMAS DIGITAIS. Exercícios preparatórios Memórias Prof.

Livro texto: VHDL- Descrição e Síntese de Circuitos Digitais Roberto D Amore Editora LTC

Universidade de Brasília. Sistemas Digitais. (recapitulando) Organização e Arquitetura de Computadores

Arquitetura de Computadores Aula 9 Portas Lógicas

ORGANIZAÇÃO E ARQUITETURA DE COMPUTADORES I AULA 10: MEMÓRIA E HIERARQUIA DE MEMÓRIAS

Vasco Martins Correia

Computadores dedicados

Memórias RAM e ROM. Adriano J. Holanda 9/5/2017. [Introdução à Organização de Computadores]

13 CIRCUITOS DIGITAIS MOS

Componentes de um computador Microcontroladores e microprocessadores Tecnologia em Manutenção Industrial MICROCONTROLADORES PROFESSOR FLÁVIO MURILO

Transcrição:

Dispositivo Lógico Programável(PLD) Para reduzir o número de CI's(Circuitos Integrados) a serem usados num projeto digital, é necessário colocar mais funções em um mesmo chip. Isso tem sido feito com evolução das tecnologias de integração LSI e VLSI e ULSI (10.000 ou a 100.000 portas lógicas por CI) para funções padronizadas como memórias, microprocessadores, e assim por diante. Esses dispositivos contêm centenas e milhares de portas lógicas conectadas para operar de um modo determinado. O desenvolvimento recente dos Dispositivos Lógicos Programáveis ofereceu aos projetistas uma alternativa para substituição de um número grande de CI's padronizados por um único CI. A figura 1 mostra a evolução dos sistemas de hardware digital. Figura 1 Evolução do sistema de Hardware Digital Dispositivo lógico programável ou PLD, do inglês Programmable Logic Device, são circuitos integrados cujas conexões internas podem ser alteradas mediante programação pelo usuário de modo a realizar diferentes projetos de circuitos lógicos. Não apresentam uma função lógica definida, até que sejam configurados. Possuem um grande número de portas lógicas (AND, OR, NOT), flip-flops e registradores os quais estão ligados em um mesmo CI. E seu uso facilita prováveis mudanças de projeto. O fluxo de projeto é mostrado na Figura 2. 1 Profa. Luiza Maria Romeiro Codá

Figura 2 Fluxo de projeto de um dispositivo lógico programável (Figura Modificada de http://www.inf.ufrgs.br/~fglima/td/td16.pdf) A arquitetura de um dispositivo lógico programável consiste em uma matriz de células lógicas que podem ser interconectadas através de programação (software) para implementar diferentes projetos. Hoje em dia os PLDs são divididos em duas categorias SPLDs e HCPLDs, como mostra a figura 3. 2 Profa. Luiza Maria Romeiro Codá

Figura 3 Tipos de Dispositivos Lógicos Programáveis (PLD) Dispositivos lógicos Programáveis Simples (SPLDs) ou Arranjos Lógicos Programáveis: Consistem em circuitos que possuem uma estrutura interna baseada em um conjunto de portas AND-OR (o conjunto de portas AND e OR são chamados de arranjos). Sua estrutura é baseada em EPROM (ROM Programável); Dispositivos Lógicos Programáveis de Alta Complexidade (HCPLDs) ou Arranjos de Portas Programáveis: São reconfiguráveis ou reprogramáveis pelo usuário diversas vezes quanto necessária São dispositivos lógico-programáveis que possuem mais de 600 portas. Quanto maior o número de portas do PLD, maior será sua complexidade, principalmente no que se refere a estruturas de conexão. são divididos em : CPLD (Complex Programable Logic Devices) e FPGA (Field Programable Gate Array). 3 Profa. Luiza Maria Romeiro Codá

A diferença básica entre CPLD e FPGA reside no método de interligação das células. O Os CPLDs são não voláteis, ou seja, ao retirar a alimentação do CI este não perde o conteúdo armazenado. Já os FPGAs geralmente são baseados em SRAMs, ou seja, são voláteis, ao retirar a alimentação do CI o conteúdo é perdido sendo necessário ser acrescentada uma memória flash ao circuito implementado para armazenar as informações sobre o hardware que irá ser configurado no dispositivo FPGA. Atualmente os FPGA s oferecem capacidades lógicas de trabalho elevadas e são os responsáveis pela maior parte das mudanças ocorridas na maneira como os circuitos digitais são desenvolvidos. Evolução dos PLDs O dispositivo programável mais simples e que foi o primeiro chip a ser programado pelo usuário é o PROM (Programmable Ready Only Memory). Ele é constituído por um arranjo de portas AND e portas OR. O arranjo AND é fixo enquanto o arranjo de portas OR é programável(figura 4). Uma das principais aplicações desse primeiro tipo de PLD foi para implementar circuitos lógicos combinacionais. Figura 4 Representação do circuito interno de um dispositivo PROM Introduzido no mercado pela Philips na década de 70, o PLA (Programmable Logic Array) foi o primeiro dispositivo desenvolvido para implementar funções lógicas definidas. Um PLA é constituído por arranjos AND e OR, onde ambos são programáveis(figura 5). Por esse motivo o PLA é adequado para a implementação de funções na forma de soma de produtos, sendo muito versátil, pois tanto os arranjos AND como os OR podiam ter muitas entradas. Mas, como um 4 Profa. Luiza Maria Romeiro Codá

projeto nunca se utiliza todas as opções de soma de produtos, o PLA se tornou um dispositivo caro por fornecer essas opções sem que fossem todas utilizadas. Figura 5 Representação do circuito interno de um PLA PAL Matriz Lógica Programável (Programmable Array Logic:)) este dispositivo consiste em um arranjo AND programável, assim como um arranjo OR fixa (figura 6). Embora o PLA seja mais flexível do que a PAL, ela não foi bem aceita pelos projetistas. Em 1978 foi introduzido o dispositivo de lógica programável chamado PAL (Programmable Array Logic), o qual é constituído também por arranjos AND e OR, sendo que o arranjo AND é programável e o arranjo OR é fixo. Esta disposição barateou a fabricação dos dispositivos de lógica programável, pois apesar do PLA ser mais flexível do que a PAL, por possuir ambas matrizes AND e OR programáveis, não foi bem aceita pelos projetistas por causa de seu custo. Contudo para compensar a impossibilidade de programar os arranjos OR, as PALs foram fabricados com diferentes números de entradas e saídas, bem como vários tamanhos de portas OR. 5 Profa. Luiza Maria Romeiro Codá

Figura 6 Representação do circuito interno de um PAL PAL Sequencial ou GAL( Arranjo lógico genérico): são estruturas como a PAL, mas possuem macrocélulas de saídas as quais podem ser configuradas como lógica combinacional ou sequencial (registradores), como mostrada na Figura 7. Figura 7 representação do circuito de um PAL seuqncial Hoje, tanto os PLA s e PAL s, bem como outros dispositivos que surgiram a partir dessas estruturas e que possuem nomenclaturas diferentes, são classificados como SPLD s (Simple PLD s), cujas características principais são o baixo custo e o alto desempenho. CPLD s (Dispositivos lógicos Progrmáveis Complexos ou do inglês Complex PLD's) hoje visto como um tipo de Dispositivo Programável de Alta Complexidade (HCPLD), são dispositivos que utilizam em sua estrutura vários PLD s (PLA ou PAL). Cada PLA ou PAL formam células que são interligadas através de conexões programáveis, como mostra a Figura 8. Os diversos PLDs no CPLD podem serprogramados para lógica combinacional, lógica sequencial, ou ambos. 6 Profa. Luiza Maria Romeiro Codá

Figura 8 Representação das células programáveis de um CPLD. Outro dispositivo definido como um HCPLD é o FPGA- Field Programmable Gate Array, Figura 9, o qual é um dispositivo lógico programável que pode ser configurados via software para implementar circuitos digitais. Sua arquitetura. Sua arquitetura consiste em uma matriz com 3 tipos de elementos programáveis: CLB (Blocos Lógicos Configuráveis); IOB (Blocos de Entrada/Saída); Chaves de interconexão dos CLBs com os IOBs CLB (blocos lógicos configuráveis): são vários circuitos idênticos compostos por alguns Flip-flops e lógica combinacional extra, formando um arranjo bidimensional; sua função é gerar a lógica sequencial do circuito a ser implementado. IOB (Blocos de Entrada/Saída): São constituídos de buffers bidirecionais com saída em alta impedância; sua função é o interfaceamento das saídas dos CLBs com o exterior do FPGA, funcionar com pinos de entrada ou saída; Chaves de interconexão : são organizadas como canais de roteamento(interligação) horizontal e vertical entre linhas e colunas dos CLBs e IOBs 7 Profa. Luiza Maria Romeiro Codá

Blocos Lógicos Configuráveis Linhas de Roteamento Blocos de Entrada e Saída Matriz de Roteamento Figura 9 representação de um FPGA A típica estrutura interna de um bloco lógico configurável de um FPGA, Figura 10,, consiste em flip-flops, um determinado número de multiplexadores e uma estrutura de função combinatória para implementar as funções lógicas. Figura 10 estrutura interna de um bloco lógico configurável de um FPGA. 8 Profa. Luiza Maria Romeiro Codá

O FPGA Difere dos CPLDs pois não utiliza na sua estrutura PAL, GAL ou PLA. No seu lugar, possui módulos lógicos muito menores com uma interconexão programável local usada para conectálos dentro do CLB. O módulo lógico no FPGA pode ser configurado para lógica combinacional, lógica sequencial, ou ambos e utiliza o SRAM como look-up table(entradas lógicas = linhas de endereço; Saídas lógicas = Dados). Como os FPGAs utilizam tecnologia volátil SRAMdecem utilizar uma memória de configuração não-volátil incorporada no chip para armazenar os dados do programa e reconfigurar o dispositivo sempre que a alimentação é ligada. 9 Profa. Luiza Maria Romeiro Codá