Dispositivos Programáveis

Apresentação em tema: "Dispositivos Programáveis"— Transcrição da apresentação:

1 Dispositivos Programáveis
Aula 1 Prof Paulo Sérgio Brandão do Nascimento Centro Federal de Educação Tecnológica de Pernambuco Coordenação de Eletrônica e Telecomunicações

2 Agenda Introdução Tipos de Dispositivos Programáveis
Lógicas Programáveis Microprocessadores Microcontroladores CISC RISC Arquitetura 51 AT89C51

3 Introdução Paradigma Microeletrônico

4 Primeiro Microprocessador (Ted Hoff)
Introdução Paradigma Microeletrônico Primeiro Microprocessador (Ted Hoff) Intel Andy Grove, Robert Noyce, Goordon Moore (Intel 1968) Primeiro IC Fairchild 1958 (Bob Noyce)

5 Introdução Paradigma Microeletrônico Lei de Moore Gordon Moore
Crueldade da Lei de Moore: Extraordinária Sofisticação Lei de Moore Gordon Moore

6 Introdução Paradigma Microeletrônico Transistor MOS~30nm Vírus

7 Introdução Paradigma Microeletrônico ~100 TransistoresMOS

8 Lógicas Programáveis Paradigma de (Programação - Espacial)
Antigos Sistemas a Relé

9 Lógicas Programáveis Paradigma de (Programação - Espacial)
Quadro de Comando a Relé: Lógica (programação) definida pelas conexões (Hardwire)

10 Lógicas Programáveis Paradigma de (Programação - Espacial)
George Boole ( ): Álgebra Booleana Lógica Digital (Baseada em Portas) Claude Shannon( ): Pai da Eletrônica Digital e Teoria da Informação

11 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

12 Lógicas Programáveis Matrizes de Lógica Programável: PLAs, FPGAs
Programmable Logig Chip (PLA) FPGA (Field Programmable Gate Array) Monolithic Memories Inc -PAL 16L8 Xilinx Spartan 3 Device

13 Lógicas Programáveis Matrizes de Lógica Programável: PLAs: PLA

14 Lógicas Programáveis Matrizes de Lógica Programável: FPGAs: FPGA
Roteamento CLBs (Configurable Logic Bocks) Xilinx Spartan 3 Device Xilinx FPGA IOBs (Input Output Bocks)

15 Lógicas Programáveis Matrizes de Lógica Programável: FPGAs: FPGA
Roteamento CLBs (Configurable Logic Bocks) Xilinx Spartan 3 Device Xilinx FPGA IOBs (Input Output Bocks)

16 Matrizes de Roteamento
Detalhes dos FPGAS Matrizes de Roteamento Conexão Programável

17 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

18 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

19 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

20 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

21 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

22 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

23 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

24 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

25 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

26 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

27 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

28 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

29 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

30 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

31 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS Off

32 Conexões Programáveis:
Transmissor MOS ===> Delay!!! Off

33 Detalhes do FPGA FPGA Plano de Configuração SRAM
K LUT Inputs D FF Clock Out Programmable IO BLE # 1 # N N Outputs I Inputs Clock Programmable Logic (CLB) Plano de Configuração SRAM Config_bit Programmable Routing FPGA Interface de Configuração

34 Vantagens e Desvantagem da Lógica Programável
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

35 Microprocessadores (Microcontroladores)
Programação Temporal Conjunto de Instruções CISC ou RISC Add r1,r2 Mov r1,[r2] Nor r2,#10 Call Address CPU Sistema de Memória 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; Circuitos eletrônicos Completamente fixos No processador (Hardware) Tempo (execução sequencial) Portas I/O Mundo Externo Desenvolvimento da aplicação via Programação (software)

36 Vantagens e Desvantagens dos Microprocessadores
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

37 Porque Estudar Dispositivos programáveis
Microprocessadores, Microcontroladores e Lógicas Programáveis ? Porque Existe Mercado para esta área, atualmente, E uma Tendência de Crescimento

38

39 Tecnologia de Sistemas Microprocessados no Mercado
Smart OK e Connect OK – Produtos completamente desenvolvidos por Professores e alunos do CEFET-PE

40 Aumento do Nível de integração -> tendência a SoCs
SoC = System on Chip

41 System on Chip Complexo
SSTL Core ESA Core Debug CAN Network >100Mbps 170Mbyte Microdrive TX TC SP 1M*64 SRAM CAN BUS LVDS RX2 RX1 RX0 Linear Regulator POR +3.3V EDAC DECDED ROM LUT Bootstrap AMBA AHB Interface LEON Sparc V8 CORDIC Coprocessor HDLC TX Controller HDLC RX FIFO System Bus CF+ I/F True IDE Parallel Port UART PIO +2.5V CLK

42 Projetos Baseados em Plataforma
MEM CTRL CPU CACHE RTOS, SW FPGA

43 Projetos Baseados em Plataforma
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

44 Hardware Implementation System Project
MatLab Simulink Xilinx ISE Software Implementation FPGA Board C, Assembly Compilers Microprocessor System

45 A plataforma que usaremos no Curso
AT89C51 (Atmel) Ambiente de Programação Assembly

46 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