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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
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
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:
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)
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
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
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