Download - Clase 1 - Introducción a Los FPGA
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5/20/2018 Clase 1 - Introduccin a Los FPGA
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UNMSM - FIE
Diseo Digital
Introduccin a losFPGAs
Ing. Alfredo Granados Ly
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Ing. Alfredo Granados Ly
Procesador Genrico Vs ASIC
ASIC: Circuito integrado especialmente diseado
para una aplicacin especfica. No es programable.
pierde generalidadgana especializacin
Caractersticas:
Ausencia de los ciclos de Fetch/Decode (ms rpido).
Puede tener cualquier tipo de Hardware que aumente
la potencia de clculo (rendimiento). No permite realizar cambios una vez diseados (no es
flexible)
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La computacin reconfigurable, permite que el
hardware se adapte a una necesidad especifica
cambiando total o parcialmente el dispositivo.
Procesador Genrico Vs ASIC
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La computacin reconfigurable, permite que el
hardware se adapte a una necesidad especifica
cambiando total o parcialmente el dispositivo.
La arquitectura se adapta al algoritmo
En la mayora de las aplicaciones actuales de
cmputo reconfigurable se utilizan dispositivosprogramables de alta densidad basados en
tecnologa SRAM: los FPGA.
Procesador Genrico Vs ASIC
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Procesador Genrico Vs ASIC
Hardware
Reconfigurable
ASIC
Procesador de
Seales Programable
Procesador de
Propsito General
Programabilid
ad/Consumo
Especializacin / Rendimiento
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Dispositivos FPGAs
Las FPGAs (Arreglo de compuertas programable
en campo) contienen bloques lgicos (CLBs)
relativamente independientes entre s. Estos
bloques lgicos pueden interconectarse medianteconexiones programables para formar circuitos
mayores e individualmente son ms pequeos que
un PLD. Los CLBsencuentran distribuidos a travs
de todo el chip. Entre los principales fabricantes deFPGAs tenemos: Xilinx, Pluslogic, Cypress, Actel.
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Dispositivos FPGAs
La primera FPGA la introdujo Xilinx en el ao
1985. La programacin de las FPGAs de Xilinx
basadas en RAM esttica es diferente a la
programacin de los PLDs. Cada vez que seaplica la tensin de alimentacin, se reprograma
con la informacin que lee desde una PROM de
configuracin externa a la FPGA. Una FPGA
basada en SRAM (RAM esttica) admite unnmero ilimitado de reprogramaciones.
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Dispositivos FPGAs
El sexto miembro de la familia Spartan II ofrece
densidades en el rango de 15,000 hasta 250,000
compuertas lgicas, soportando frecuencias de
trabajo de hasta 350MHz. Ofreciendo ademsbloques de SRAM (de 4K bits c/u).
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Dispositivos FPGAs
FPGA de Xilinx
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Dispositivos FPGAs
Bloque Lgico Configurable (CLB)
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Dispositivos FPGAs
Matriz de Interconexin Programable
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Dispositivos FPGAs
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Dispositivos FPGAs
VIRTEX
II - PRO
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Dispositivos FPGAs
El FPGA orientado al Procesamiento de Seales
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Sntesis de Sistemas Digitales con
VHDL
VHDL es un lenguaje de programacin orientado al
modelamiento y sntesis de Sistemas Digitales.
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Sntesis de Sistemas Digitales con
VHDL
S ynt hesi ze
N e
our ce o e
Map, P l ace & R out e
B i
F P G A
G ener at e B i t st r eam
D ow nl oad and Test
e n t it y le d d c d is
p o r t ( d : in s t d _ lo g ic _ v e c t o r ( 3 d o w n t o 0 ) ;
s : o u t s t d _ lo g ic _ v e c t o r ( 6 d o w n t o 0 ) ; ) ;
e n d ;
a r c h it e c t u r e le d d c d _ a r c h o f le d d c d is
b e g in s < = " 1 1 1 0 1 1 1 " w h e n d = " 0 0 0 0 " e ls e
" 0 0 1 0 0 1 0 " w h e n d = " 0 0 0 1 " e ls e " 1 1 0 1 1 0 1 " ;
e n d le d d c d _ a r c h ;
1 0 1 0 1 0 0 1
0 1 0 1 1 0 1 0
0 1 0 1 1 0 1 0
0 1 0 1 0 1 0 0
1 0 1 0 1 0 1 0
1 1 0 1 1 0 1 1
1 1 0 1 0 0 1 0
0 0 1 0 1 1 0 0
0 1 0 1 0 1 1 0
0 1 1 0 0 1 1 0
1 0 1 0 1 0 1 0
c o n f ig u r a b lef u n c t io n b lo c k
r o u t in gr e s o u r c e s
lo o k - u p t a b le
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Sntesis de Sistemas Digitales con
VHDL
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Arquitectura de Sistemas Configurables
Los Sistemas Configurables no slo estn
formados por un FPGA, sino que suelen formar
parte de los sistemas computacionales ms
complejos, donde la ejecucin de las diversastareas es distribuida sobre la arquitectura ms
adecuada. Suele ser habitual tambin la presencia
de un elemento controlador, o incluso procesador,
que asuma las tareas de control y gestin de lasdiversas tareas que se pueden implementar en los
dispositivos lgicos programables.
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Se pueden clasificar de acuerdo al grado de
acoplamiento que existe entre el mdulo
configurable y el elemento controlador
procesador:Unidades Funcionales Configurables.
Co-Procesadores.
Unidades de Procesamiento Reconfigurables.Unidades de Procesamiento Externas.
Arquitectura de Sistemas Configurables
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Unidades Funcionales Configurables.
Arquitectura de Sistemas Configurables
Alto grado de acoplamiento entre el CPU y RC.
RC implementa las UF a medida.
CPU y RC comparten el fichero de registros.
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Unidades Funcionales Configurables.
Arquitectura de Sistemas Configurables
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Co-Procesadores.
Arquitectura de Sistemas Configurables
Alto acoplamiento entre la CPU y RC.
Capaz de realizar clculos sin supervisin del CPU.
La CPU y RC no comparten el fichero de registros.
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Unidades de procesamiento reconfigurable yexterna
Arquitectura de Sistemas Configurables
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Usos de los FPGAs
Cualquier sistema que requiera de un componente
digital (Era digital del consumo electrnico).
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Usos de los FPGAs
Interviene en los diseos en los que se involucranotros componentes digitales como: Microprocesadores.
Memorias. Microcontroladores.
Se desea tener un rendimiento superior al de los
Microprocesadores DSP.
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Usos de los FPGAs
Aplicaciones Acadmicas:
Implementacin de algoritmos para resolver
problemas clsicos:
Algoritmo Gentico.
Algoritmo Neuronal.
Redes Neuronales.
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Usos de los FPGAs
Aplicaciones Acadmicas:
Procesamiento de imgenes.
Sistemas de Visin.
Aplicaciones Comerciales:
Comunicaciones: Routers, Modems.
Redes inalmbricas: Tarjetas NIC, Puntos de acceso,
Puentes.Aplicaciones de Automatizacin y Control:
Sistemas de automatizacin en ambientes demanufactura.
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Usos de los FPGAs
Aplicaciones de Automatizacin y Control:
Controlador de motores DC y de paso.
Aplicaciones Aeroespaciales.
Satlite FedSat: Incorpora un FPGA que esreconfigurado desde la Tierra para ejecutar diferentesfunciones y aplicaciones.
Otras aplicaciones:
Reproductores MP3, DVD. Impresoras, Fax, Fotocopiadores digitales.
Juegos de vdeo.
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Usos de los FPGAs
Sistema en un chip (SoC): advenimiento de nuevas aplicaciones
como HDTV y 3G Wireless: microprocesador, memorias y
perifricos integrados en un solo chip.
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Usos de los FPGAs
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Usos de los FPGAs
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Usos de los FPGAs
TV digital
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Usos de los FPGAs
Set-Top Box
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Usos de los FPGAs
Telfonodevdeodigital
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Usos de los FPGAsConsola de Juego
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Usos de los FPGAsReproductor MP3
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Usos de los FPGAsPDA
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Usos de los FPGAsReproductor DVD
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Usos de los FPGAsPC
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Usos de los FPGAsCmara Digital
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Usos de los FPGAsSistema de Seguridad
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Usos de los FPGAs
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Conclusiones:
Los Sistemas de Computo Reconfigurable se basan enprocesadores combinados con FPGA dando al sistema: Versatilidad de las soluciones programadas.
Rendimiento debido al hardware dedicado.
Se utiliza para implementar algoritmos de clculointensivo.
Consiguen un rendimiento de supercomputadores paralos sistemas comunes.
Conclusiones
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Conclusiones:
Es aprovechado donde:
Se tienen aplicaciones regulares: que necesitan ejecutar las
mismas operaciones de manera repetida. Alta concurrencia: debido a que se pueden ejecutar de
manera simultnea muchas operaciones.
Datos de granularidad-fina, operandos con pequea
cantidad de datos que se puede aprovechar en el FPGA.
Conclusiones
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Conclusiones
Soluciones ASIC no conocen los requerimientos del
mercado de consumo