FPGA - APLICAÇÕESPOR: ANDERSON GUEDES, BIANCA SANTANA, FELIPE PINHEIRO

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA

DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA – DETEC

TEC501 - ELETRÔNICA PARA PROCESSAMENTO DIGITAL DE SINAIS

2Anderson Guedes

• Engenharia de Computação

• Representação e Acompanhamento de Propriedades de Reservatórios de Petróleo

• andersoncerg@gmail.com

Bianca Santana

• Objeto de aprendizagem de para produção de Raios-x

• biancasantana.ls@gmail.com

Felipe Pinheiro

• Objeto de aprendizagem para energia fotovoltaica

• felipe.ecomp@gmail.com

Roteiro

O que é uma FPGA

Motivação

Ferramentas e linguagens

Introdução

Aplicações gerais

Pesquisas em andamento

Aplicações

Hello world

Filtros

FFT

Tutoriais

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INTRODUÇÃO 4

Introdução

• Arranjos de portas programáveis em campo (Field-programmablegate array);

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Introdução

Diferentes operações de

processamento, não têm que

competir pelos mesmos recursos

Paralelismo

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Introdução

• Um dos benefícios dos FPGAs em comparação a sistemas baseados em processadores é que a lógica da aplicação é implementada em circuitos físicos em vez de executá-los em um sistema operacional, drivers e software de aplicação.

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Motivação 9

recursos de Circuitos

Integrados Construídos para Tarefas Específicas

sistemas baseados em processadores

Muitas funcionalidades

Motivação 10

Circuitos reprogramáveis

velocidade temporizada

por hardware e confiabilidade

Flexibilidade para mudar o

design

Não é necessária a compra em altos volumes, como é a grande despesa de

um projeto de ASIC customizado, por exemplo.

Economia de Custo

Motivação 11

desenvolvimento conjunto entre

hardware e software

rapidez na detecção de problemas no hardware do

sistema

o produto chega à linha de

produção mais rapidamente

Economia de Tempo

Ferramentas 12

No passado, as ferramentas de projeto

eram baixo nível. Exigiam um profundo

entendimento do projeto de hardware

digital

Surgimento de ferramentas de síntese

de alto nível (HLS –high-level synthesis)

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Converte diagramas de blocos gráficos em circuitos de hardware digital

Ferramentas

Hardware Description Languages (HDLs):

• VHDL

• Verilog

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Quartus, ISE Xilinx….

Ferramentas

Hardware Description Languages (HDLs):

• VHDL

• Verilog

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Sintetizador Compilador

Quartus, ISE Xilinx….

VHDL

• Acrônimo para “Very high speed integrated circuit Hardware DescriptionLanguage”;

• Descrição realizada de duas maneiras: estrutural e comportamental;

• Estrutural: indica os componentes que constituem o circuito e suas respectivas interconexões;

• Comportamental: descreve o circuito com base no comportamento e funcionamento, ao invés da estrutura;

• Algorítmica: consiste essencialmente de dois blocos: “entidade” (entity) e “arquitetura” (architecture);

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Verilog

• Linguagem de descrição de hardware (Hardware Description Language - HDL);

• Separação hierárquica de módulos que contém conexões e registradores

• Processos sequenciais e paralelos definem o comportamento dos módulos

• Processos sequenciais são executados dentro de blocos "begin/end"

• Os demais processos são executados de forma paralela, englobando assim os blocos “begin/end”

• O interior de um bloco “begin/end” é sequencial mas dois blocos são paralelos;

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VerilogVHDL

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Desempenho

• Principais parâmetros para medir desempenho: ocupação espacial e desempenho temporal;

• Nem sempre é possível satisfazer tais critérios;

• Otimização espacial: eliminação de trechos redundantes do circuito;

• Otimização temporal: redução do tempo gasto para gerar a informação desejada a partir das entradas, sob pena de aumentar - eventualmente - o espaço necessário para a implementação.

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APLICAÇÕES 21

Aplicações Gerais 22

Previsão do tempo: HDTV e

CATV

Consumo: Decodificador de

áudio digital, games arcade, vídeo games e sistemas de

karaokê

Transportes: Sistemas de

estradas de ferro

Industrial: Equipamentos de teste e medidas,

equipamentos médicos, controle remoto, robótica, emulador ASIC e sistemas de visão

Comunicação de Dados:

Multiplexadores, roteadores, vídeo

conferência, criptografia,

modems, compressão de dados, LANs, e Wireless LANs

Aplicações Gerais 23

Telecomunicação: interfaces de fibras

ópticas, controlador de voice-mail,

multiplexadores T1 e compressão de

dados

Militar: Sistemas de computadores,

comunicação e controle de fogo;

Computadores: Interfaces de

memória, controladores DMA, controladores de

cache, co-processadores multimídia e

gráficos;

Periféricos: Controladores de

disco, controladores de

vídeo, máquinas de caixa, cartões de

aquisição de dados, impressoras