Dispositivos Programveis Aula 1 Prof Paulo Srgio Brando

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

Agenda n n Introdução Tipos de Dispositivos Programáveis n n n Microcontroladores n n n Lógicas Programáveis Microprocessadores CISC RISC Arquitetura 51 n AT 89 C 51

Introdução n Paradigma Microeletrônico

Introdução Paradigma Microeletrônico Primeiro Microprocessador (Ted Hoff) Primeiro IC Fairchild 1958 (Bob Noyce) Andy Grove, Robert Noyce, Goordon Moore (Intel 1968) Intel 4004 - 1971

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

Introdução Paradigma Microeletrônico Transistor MOS~30 nm Vírus

Introdução n Paradigma Microeletrônico ~100 Transistores. MOS

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

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

Lógicas Programáveis n Paradigma de (Programação - Espacial) George Boole (1815 -1864): Álgebra Booleana Lógica Digital (Baseada em Portas) Claude Shannon(1916 -2005): Pai da Eletrônica Digital e Teoria da Informação

Lógicas Programáveis n 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 n Matrizes de Lógica Programável: n PLAs, FPGAs Programmable Logig Chip (PLA) Monolithic Memories Inc -PAL 16 L 8 FPGA (Field Programmable Gate Array) Xilinx Spartan 3 Device

Lógicas Programáveis n Matrizes de Lógica Programável: n PLAs:

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

Detalhes dos FPGAS Matrizes de Roteamento Conexão Programável

Conexões Programáveis: On Off Transmissor MOS

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

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

Vantagens e Desvantagem da Lógica Programável n Vantagens: n n n 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: n n n 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) n ASICs = Applications Specific Integrated Circuits

Microprocessadores (Microcontroladores) Programação Temporal Add r 1, r 2 Mov r 1, [r 2] Nor r 2, #10 Call Address CPU Sistema de Memória Programa Armazenado. . . Temp db 00; Press db 00; Veloc dp 00; . . . . Portas I/O Mundo Externo Add r 1, r 2; Mov [r 2], r 1; Nor r 2, r 3; Call F_Address; Push r 5; Ret; Conjunto de Instruções CISC ou RISC Circuitos eletrônicos Completamente fixos No processador (Hardware) Desenvolvimento da aplicação via Programação (software) . . . . Tempo (execução sequencial)

Vantagens e Desvantagens dos Microprocessadores n Vantagens n n n 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 n n 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 Mercado Smart OK e Connect OK – Produtos completamente desenvolvidos por Professores e alunos do CEFET-PE

Aumento do Nível de integração -> tendência a So. Cs n So. C = System on Chip

System on Chip Complexo RX 0 CLK RX 1 CLK RX 2 CLK TX CLK CAN Network CAN HDLC RX Controller HDLC TX Controller FIFO AMBA AHB >100 Mbps BUS LVDS CAN Interface Parallel Port Interface AMBA AHB FIFO AMBA AHB System Bus POR AMBA AHB ROM LUT EDAC Bootstrap DECDED +2. 5 V LEON Sparc V 8 PIO UART CORDIC Coprocessor CF+ I/F True IDE +3. 3 V Linear Regulator +3. 3 V 1 M*64 SRAM SP TC Debug 170 Mbyte Microdrive ESA Core SSTL Core

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

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

Hardware Implementation System Project Mat. Lab Simulink Xilinx ISE Software Implementation C, Assembly Compilers FPGA Board Microprocessor System

A plataforma que usaremos no Curso AT 89 C 51 (Atmel) Ambiente de Programação Assembly

Conclusão n n 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 sistemas embarcados modernos