PLD y HDL - Teoría sobre para que sirven los PLD y HDL, sus desventajas y ventajas uno versus PDF

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Teoría sobre para que sirven los PLD y HDL, sus desventajas y ventajas uno versus el otro....

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Sergio Andrés Castellanos León – 1091287, Alexis Antonio Antolinez Vera - 1091175

Dispositivos lógicos programables (CPLD y FPGA) y lenguajes de descripción de hardware (VHDL y Verilog) 

Resumen – Un PLD (Programmable Logic Device, por sus siglas en inglés) o dispositivo lógico programable, es un componente electrónico que se usa para la fabricación de circuitos digitales. Estos dispositivos tienen una función indefinida; pueden ser programados para cumplir una función determinada. Por otra parte, los lenguajes de descripción de hardware (HDL) son lenguajes especializados para definir la estructura y la operación de un circuito digital. Con ellos se posibilita diseñar y simular un circuito electrónico real para analizar su funcionamiento.

I. INTRODUCCION

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n este informe abordaremos en cuadros comparativos las principales características, diferencias, prestaciones, limitaciones y aspectos generales acerca de los PLD, más específicamente los CPLD (Complex Programmable Logic Device), que son dispositivos que emulan el comportamiento de miles de puertas lógicas para ejecutar una determinada tarea, y los FPGA (Field Programmable Gate Array) que son dispositivos que pueden programarse para diversas aplicaciones. En otro cuadro comparativo abordaremos los mismos aspectos mencionados anteriormente acerca de los HDL, también específicamente dos: VHDL y Verilog. Dichos dispositivos programables y lenguajes de descripción, son utilizados para el diseño y análisis de circuitos electrónicos digitales, los cuales tienen diversas aplicaciones en la industria de hoy en día. Nos permiten diseñar circuitos electrónicos para Sistemas de control industrial, procesamiento de datos y diversos dispositivos electrónicos utilizados en nuestro diario vivir. II.

DISPOSITIVOS LÓGICOS PROGRAMABLES (PLD, PROGRAMMABLE LOGIC DEVICES)

Como se expuso anteriormente, estos dispositivos se pueden programar para cumplir una determinada tarea. En la próxima página haremos una comparación entre dos de estos dispositivos, los CPLD y los FPGA. *Ver Cuadro comparativo PLDs.

III.

LENGUAJES DE DESCRIPCIÓN DE HARDWARE

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Documento recibido el 23 de agosto de 2019

Estos software nos permiten diseñar y analizar circuitos digitales reales para verificar que estos cumplan con las especificaciones. En la próxima página veremos una comparación entre dos de estos útiles lenguajes (VHDL y Verilog). *Ver Cuadro comparativo HDLs. IV.

CONCLUSIONES

Estos dispositivos y lenguajes tienen diversas aplicaciones y son muy útiles para el desarrollo tecnológico de nuestras crecientes industrias, ya que cada día se deben satisfacer nuevas necesidades. Aprender su funcionamiento, estructura y capacidades, deben ser competencias propias de cualquier ingeniero relacionado con las ramas de la electrónica.

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*Cuadro Comparativo PLDs.

PLD Arquitectura

CPLD Matriz de interconexiones programables. Bloques lógicos. Macro Celdas. Celdas Entrada/Salida. Electrónica Digital Maquinas de estado(2012, Junio 6), http://electronicadigitala1.blogspot.com/2012 /06/cpld.html

FPGA Matriz de bloques de lógica configurables, Matriz de rutado, celdas de entrada y salida. Genera tecnologías, https://www.generatecnologias.es/arquitectu ra_fpga.html

Característica

Un CPLD se forma de múltiples Bloques Lógicos, cada uno similar a un SPLD. Los Bloques lógicos se comunican entre sí utilizando una Matriz Programable de Interconexiones lo cual hace más eficiente el Uso del silicio y conduce a un mejor Desempeño. Los CPLD pueden reemplazar a cientos o a cientos de miles de compuertas lógicas. En los CPLD el retardo de propagación es predecible debido a la regularidad de su Estructura de interconexiones. Roberto Gutiérrez M. CPLDs y FPGAs, http://umh1759.edu.umh.es/wpcontent/uploads/sites/783/2013/02/Tema-2.pdf

Las FPGA son dispositivos basados en el concepto de Bloques Lógicos Programables, los cuales están compuestos por una LUT de n-entradas, un F.F. , multiplexores y pequeños elementos Adicionales. El diseñador configurara el comportamiento de cada Bloque para realizar Diferentes funciones. Roberto Gutiérrez M. CPLDs y FPGAs, http://umh1759.edu.umh.es/wpcontent/uploads/sites/783/2013/02/Tema2.pdf

Ventajas

Permiten implementar sistemas más eficaces, utilizan mejor espacio, mejoran la fiabilidad de diseño y reducen costos. Wikipedia, https://es.wikipedia.org/wiki/CPLD

Alta densidad de puertas, ciclo de diseño corto, bajo coste, gran flexibilidad a la hora de ajustarse a las especificaciones de cada diseño. Presentan recursos especiales para implementar de forma eficiente funciones aritméticas (comparadores, sumadores, contadores, etc.). Las FPGAs son dispositivos muy flexibles, que pueden trabajar a altas frecuencias y con capacidad de procesamiento en paralelo. Roberto Gutiérrez M. CPLDs y FPGAs, http://umh1759.edu.umh.es/wpcontent/uploads/sites/783/2013/02/Tema2.pdf Su principal desventaja se debe que para realizar un sistema complejo se deben de realizar muchas interconexiones entre las celdas lógicas, generando caminos largos y realimentaciones profundas lo que provoca grandes retrasos. Almacenamiento de la imagen - CPLD puede arrancar por sí mismo, mientras que la mayoría de la FPGA da la necesidad de buscar la configuración de la secuencia de bits de almacenamiento no volátil porque son SRAM base. Esto afecta a la seguridad del sistema.

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Desventajas y comparaciones

Los CPLD carecen de recursos para implementar de forma eficiente funcione aritméticas. La capacidad CPLD usualmente tiene menos capacidad de lógica. La mayor CPLD puede estar en un nivel similar a la de los más pequeños de la FPGA en el mercado. Web, https://www.iciencias.com/pregunta/121070/cual-es-ladiferencia-entre-cpld-y-un-fpga

Web, http://muchotrasto.com/FPGAVHDLySparta n3deXilinxs.php

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*Cuadro comparativo HDLs. HDL Características

VHDL Sentencias de control de flujos (if, for, while) capaz de estructurar el código para hacer algoritmos complejos, posibilidad de utilizar bibliotecas de diseño, VHDL es una norma internacional regulada por el IEEE, describe el comportamiento de componentes electrónicos que van desde simples compuertas lógicas a microprocesadores. Cristina Yacchirema, Características de VHDL (2014, octubre 17).

Verilog Cada módulo dispone de una serie de entradas y salidas, por las cuales se puede interconectar otros módulos, aunque puede no tener entradas ni salidas, como es el caso de los testbenches, no existen variables globales, Fuera de los módulos solo hay directivas del compilador, que afectarán a partir del punto en donde aparecen, A pesar de que se pueden realizar varias simulaciones concurrentes, en general se suele tener un único módulo que emplea los módulos previamente definidos, A pesar de que se pueden realizar varias simulaciones concurrentes, en general se suele tener un único módulo que emplea los módulos previamente definidos, Wikibooks, programación en verilog/módulos.

Ventajas

Permite modelar y simular sistemas desde un alto nivel de abstracción hasta el nivel más bajo, proporciona características que permiten describir eventos concurrentes, tecnología VLSI/Diseño electrónico abierto a un mayor número de usuarios con poca experiencia, permite su uso en cualquier diseño electrónico, independencia publica de diseño. Irving P., Características más importantes de los lenguajes de descripción de hardware (3 de septiembre 2009). Algunas compañías le adicionan características al lenguaje Complejo debido a que es diseñado por un comité. Irving P., Características más importantes de los lenguajes de descripción de hardware (3 de septiembre 2009).

Puede ser preferido por su simplicidad, los tipos de datos son más simples y están orientados al modelamiento en hardware, verilog posee unos operadores de reducción unitarios muy útiles; estos permiten reducir un vector de bits a un solo bit utilizando algún operador lógico.

Desventajas y comparaciones

Puede tener algunos conceptos confusos para los principiantes, mientras que VHDL es más flexible con el aprendiz, VHDL es mucho más expresivo que de verilog.

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