UNIDAD 4
4-Lenguajes HDL
Los lenguajes HDL permiten realizar el primer paso de la metodología del diseño descendente. Se describen en un lenguaje de alto nivel el comportamiento requerido del circuito a diseñar. Esta descripción se puede hacer mediante tablas de verdad, lista de transiciones de estados, ecuaciones lógicas.
DISPOSITIVOS LOGICOS PROGRAMABLES
¿Qué es la lógica programable?
La lógica programable, como el nombre implica, es una familia de componentes que contienen conjuntos de elementos lógicos (AND, OR, NOT, LATCH, FLIP-FLOP) que pueden configurarse en cualquier función lógica que el usuario desee y que el componente soporte. Hay varias clases de dispositivos lógicos programables: ASICs, FPGAs, PLAs, PROMs, PALs, GALs, y PLDs complejos.
4.1.1. Tipos Dispositivos lógicos programables
1.1. Circuitos integrados a medida.
Los Circuitos Integrados a Medida (Full Custom), se diseñan a petición de un cliente para que resuelvan una determinada aplicación. Conllevan un alto coste de desarrollo y su empleo sólo se justifica para volúmenes de producción muy elevados. El tiempo necesario para la construcción de un CI a medida es considerable ya que puede oscilar de unos meses a unos años.
4.1.2. Características Dispositivos lógicos programables
CARACTERÍSTICAS DEL DISEÑO CON PLDs
Los PLDs están situados en una zona intermedia entre los dispositivos a medida y la lógica de catálogo formada por los CI de función fija. Tienen casi todas las ventajas de los ASICs sin estar penalizados por un costo elevado para pequeñas series. Además el ciclo de diseño con PLDs es mucho más rápido que los de las matrices de puertas o las células normalizadas. En determinadas aplicaciones, un PLD puede sustituir desde unos pocos hasta unas decenas de CI de función fija, mientras que los grandes ASICs pueden sustituir a cientos e incluso miles de CI. En ocasiones, los PLD se utilizan para realizar prototipos que posteriormente se llevarán a un ASIC más complejo.
4.1.3. Fabricantes Dispositivos lógicos programables
Altera es uno de los pioneros de la lógica programable, siguiendo líderes notables anteriores como Signetics y MMI en la introducción de PLDs. Altera desarrolla algunas características que están orientadas hacia capacidad de sistemas en chips programables (SOPC). Algunos de los ejemplos más recientes incluyen memoria embebida, procesadores embebidos, y transceptores de alta velocidad. El éxito en lanzamientos de productos de 130nm y 90nm son buenos casos de estudio. Los procesadores soft-core Nios II y Nios de Altera y los dispositivos HardCopy II y HardCopy están extendiendo el alcance de Altera en el mercado, y coloca a esta empresa en el mundo de los procesadores embebidos y ASICs estructuradas respectivamente.
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4.1.4. Pasos para el diseño con Dispositivos lógicos programables
Planificación del diseño
Para poder atacar un problema complejo (sistema) la mejor manera que tenemos es dividirlo. De esta manera se pueden atacar problemas de menor complejidad y mas fáciles de analizar. Este es el camino que generalmente usamos para diseñar un sistema digital. Las decisiones que se tomen al principio para dividir el problema pueden afectar el resultado final. En algunos casos debemos volver al principio y replantear la arquitectura después de haber resuelto el problema. La experiencia y conocimientos sobre el problema, las posibles soluciones y la tecnologías disponibles ayudarán a que la decisión que se tome sea la mas acertada.
4.2. Programación de circuitos combinacionales con HDL
solo dispositivo fabricado a la medida, los cuales son llamados: ASICS,
ApplicationSpecificIntegratedCircuits. (Circuitos Integrados de Aplicación Especifica o
circuitos a la medida).
Entre las ventajas que presenta el uso de los ASICs podemos mencionar que: Ahorran
espacio, reducen el
número de dispositivos,
4.2.1. Por captura esquemática circuitos combinacionales
Por Captura Esquemática se entiende el proceso de descripción, mediante un dibujo, de
un circuito eléctrico, en el se que representan a los diferentes componentes del circuito y
solo se efectúan interconexiones entre ellos.
4.2.2. Por tabla de verdad circuitos combinacionales
Para aclarar el proceso es necesario un ejemplo específico, la tabla de verdad especifica
un circuito combinacional con dos entradas y dos salidas. Las funciones de BOOLE
pueden expresarse en suma de términos mínimos.
4.2.3. Por ecuaciones booleanas circuitos combinacionales
Si se requiere reducir la función que realiza el circuito. Este proceso parte del diagrama
lógico dado y culmina en un conjunto de funciones BOOLEANAS, una tabla de vedad o
una posible explicación del funcionamiento del circuito. Si el diagrama lógico analizar va
acompañado de un nombre de función o de una explicación de lo que se supone que
hace, el problema de análisis se reduce a una verificación de la función planeada
4.2.4. Por descripción de comportamiento circuitos combinacionales
Lenguaje de Descripción de Hardware de alta escala de integración (VHDL)
VHDL es el acrónimo que representa la combinación de VHSIC y HDL, donde
VHSIC es el acrónimode Very High SpeedIntegratedCircuit y HDL es a su vez el
acrónimo de Hardware DescriptionLanguage.
4.3. Programación de circuitos secuenciales con HDL
Los circuitos de conmutación secuenciales tienen la propiedad de que la salida no sólo
depende de la entrada actual, sino también de la secuencia de entradas anteriores.
Son las siglas de Programable Logic Designo dispositivos de lógica programable. Estos
circuitos integrados permiten generar dentro de las mismas funciones que no disponemos
en losC.I. Comerciales (decodificadores, comparadores, sumadores, etc).
4.3.1. Por captura esquemática circuitos secuenciales
Los programas de captura esquemática son aplicaciones creadas para esbozar circuitos
electrónicos y exportar los esquemas como archivos netlist ; los cuales satisfacen la
sintaxis de algún núcleo de simulación en particular.
Dentro de este grupo de programas, que delegan al usuario la tarea de enlazar los
archivos netlist generados con el núcleo de simulación, se encuentran: XCircuit 11, y
gschem 12; pertenecientes a los grupos Open Circuit Design
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4.3.2. Por tabla de verdad circuitos secuenciales
La tabla de verdad es un instrumento utilizado para la simplificación de circuitos digitales a
través de su ecuación booleana.
Las tablas de verdad pueden tener muchas columnas, pero todas las tablas funcionan de
igual forma.
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4.3.3. Por ecuaciones booleanas circuitos secuenciales
Los Números Reales lo conocemos muy bien, así como todas las operaciones definidas
en él. Estamos acostumbrados a trabajar con ellos desde pequeños, por eso este tipo de
Ecuaciones nos parecen intuitivas y sencillas, aunque no comprendamos lo que significan
las variables usadas.
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4.3.4. Por descripción de comportamiento circuitos secuenciales
Descripción VHDL de comportamiento.- Esta es quizás la etapa mas importante del
diseño, ya que en ella se toman decisiones claves para el resultado final.
El método se clarifica con un ejemplo, en el cual se ha buscado también la aplicación de
los criterios de jerarquía, modularidad y regularidad.
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4.3.5. Por tabla de estado circuitos secuenciales
Un circuito secuencial sincrónico puede venir especificado por una tabla de estados, por sus ecuaciones de estados. o por un diagrama de estados. Estas tres alternativas en realidad no brindan una información diferente, se diferencian solamente en la forma de describir el circuito secuencial. La tabla de estados describe el circuito en forma tabular, el diagrama de estados lo describe en forma gráfica y las ecuaciones de estados lo describen en forma algebraica
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4.3.6. Por diagrama de transición circuitos secuenciales
Hemos visto como en los circuitos combinacionales, las salidas sólo dependen de las entradas en el mismo instante de tiempo. Existe otro tipo de circuitos digitales en los cuales esto no es así. Son los llamados circuitos o sistemas secuenciales.
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