Qué es un lenguaje de descripción de hardware, una GAL y un FPGA

Qué es un lenguaje de descripción de hardware, una GAL y un FPGA.

INTRODUCCIÓN

Cuando uno como estudiante va a construir un sistema digital, debe tener conceptos claros sobre lo que es un hardware, software y la relación que existe entre ellos. Una buena forma de comprender las capacidades y limitaciones de un sistema digital es diseñarlo, y hacer que ese diseño se haga realidad en un salón de clases por medio de un prototipo como cuando es aplicado en los circuitos de compuertas lógicas, lo cual hace el aprendizaje más atractivo en otras palabras, se vuelven más interesantes e introducirse en el área de la electrónica. Para la realización de los prototipos, se han considerado una herramienta las cuales son las herramientas de diseño asistido por computador, que con el empleo de un lenguaje de descripción de hardware (HDL) permiten el diseño, la validación y la implementación de un s Investigar qué es un lenguaje de descripción de hardware, una GAL y un FPGA.

sistema digital.

ÍNDICE

Contenido

Investigar qué es un lenguaje de descripción de hardware, una GAL y un

FPGA. ................................................................... ¡Error! Marcador no definido. 

INTRODUCCIÓN        1

ÍNDICE        1

OBJETIVOS        3

JUSTIFICACIÓN        4

Lenguajes de Descripción de Hardware        4

VHDL        5

Historia        5

Ventajas del uso de VHDL para la descripción de hardware:        6

VHDL describe estructura y comportamiento        7

Ejemplo básico de descripción VHDL        8

Elementos sintácticos del VHDL        12

Operadores y expresiones        13

Operadores varios        14

Operadores aritméticos        14

Operadores de desplazamiento        15

Operadores relacionales        15

Operadores lógicos        16

GAL        18

ESTRUCTURA        19

REFERENCIA         ESTÁNDAR        20

CONSTRUCCIÓN        21

FUNCIONAMIENTO        24

FPGA        25

Principales Características de un FPGA        25

FPGA frente a ASIC        26

Programación        26

Aplicaciones        27

CONCLUSIÓN        28

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS        29

FIGURA 1 1.Esquema del ejemplo básico en VHDL. .............................................. 9

FIGURA 1 2.Estructura básica de un GAL ............................................................ 19

FIGURA 1 3.Ejemplo de una macrocelda para una GAL22V10 ............................ 20

FIGURA 1 4.Forma constructiva de GAL16V8 ...................................................... 21

FIGURA 1 5.Macrocelda lógica de salida (OMC) para GAL16V8 ......................... 22

FIGURA 1 6.Distribución de terminales de un GAL16V8 ...................................... 23

FIGURA 1 7.Configuración interna de la OLMC de un GAL16V8 ......................... 23

FIGURA 1 8.Estructura básica para dos variables de entrada y una salida .......... 24

FIGURA 1 9.Arreglo para dos variables de entrada y una salida X ....................... 24

FIGURA 1 10.Ejemplo de tarjeta de desarrollo que incorpora una FPGA ............. 28

OBJETIVOS

Obtener conocimientos más amplios de lo que es un lenguaje de descripción  de hardware  

• Investigar que es un lenguaje de descripción de hardware
• Conocer los códigos que utiliza con frecuencia
• Estudiar las generalidades de un HDL
• Conocer sus diferentes aplicaciones

JUSTIFICACIÓN  

Este camino introduce al estudiante en la línea de diseño de hardware, que puede ser muy prioritaria en temas de proyectos de grado enfocados en estas nuevas tecnologías, dando paso al desarrollo de trabajos de investigación a nivel de postgrado. Básicamente prepararnos para profesionalizarnos en el área de programación de hardware’s  de digitales.

Lenguajes de Descripción de Hardware 

Los lenguajes de descripción de hardware (HDLs) son utilizados para describir la arquitectura y comportamiento de un sistema electrónico los cuales fueron desarrollados para trabajar con diseños complejos. Comparando un HDL con los lenguajes para el desarrollo de software vemos que en un lenguaje de este tipo un programa que se encuentra en un lenguaje de alto nivel (VHDL) necesita ser ensamblado a código máquina (compuertas y conexiones) para poder ser interpretado por el procesador. De igual manera, el objetivo de un HDL es describir un circuito mediante un conjunto de instrucciones de alto nivel de abstracción para que el programa de síntesis genere (ensamble) un circuito que pueda ser implementado físicamente.

VHDL 

Historia

En los últimos diez años la industria electrónica ha tenido una gran evolución en el desarrollo de sistemas digitales; desde computadoras personales, sistemas de audio y vídeo hasta dispositivos de alta velocidad para las comunicaciones. Esto ha sido posible gracias a la implementación de herramientas de diseño asistidos por computadora, conocidas como herramientas CAD (Computer Aided Design), aunque específicamente se hace uso de herramientas EDA (Electronic Design Automation), que es el nombre que se le da a todas las herramientas CAD para el diseño de sistemas electrónicos. Además de facilitar el trabajo, el uso de herramientas EDA también aceleró los procesos de diseño. Esta situación condujo a adoptar nuevas metodologías para el diseño y evaluación de los circuitos electrónicos. El uso de las herramientas EDA junto con los dispositivos lógicos programables, que pueden ser utilizados en diferentes aplicaciones e inclusive reprogramados, cambió bastante el concepto de diseño de circuitos digitales.

VHDL es un lenguaje que se creó para el diseño, modelado y documentación de circuitos complejos. Actualmente se le utiliza para la síntesis de circuitos digitales utilizando dispositivos lógicos programables. Es así como los dispositivos lógicos programables y VHDL, Very High Speed Integrated Circuit (VHSIC) Hardware Description Language, constituyen los elementos fundamentales para estas nuevas metodologías de diseño.

VHDL es un lenguaje con una sintaxis amplia y flexible que permite el modelado estructural, en flujo de datos y de comportamiento hardware. VHDL permite el modelado preciso, en distintos estilos, del comportamiento de un sistema digital conocido y el desarrollo de modelos de simulación. Uno de los objetivos del lenguaje VHDL es el modelado. Modelado es el desarrollo de un modelo para simulación de un circuito o sistema previamente implementado cuyo comportamiento, por tanto, se conoce. El objetivo del modelado es la simulación.

Otro de los usos de este lenguaje es la síntesis automática de circuitos. En el proceso de síntesis, se parte de una especificación de entrada con un determinado nivel de abstracción, y se llega a una implementación más detallada, menos abstracta. Por tanto, la síntesis es una tarea vertical entre niveles de abstracción, del nivel más alto en la jerarquía de diseño se va hacia el más bajo nivel de la jerarquía.

El VHDL es un lenguaje que fue diseñado inicialmente para ser usado en el modelado de sistemas digitales. Es por esta razón que su utilización en síntesis no es inmediata, aunque lo cierto es que la sofisticación de las actuales herramientas de síntesis es tal que permiten implementar diseños especificados en un alto nivel de abstracción. La síntesis a partir de VHDL constituye hoy en día una de las principales aplicaciones del lenguaje con una gran demanda de uso. Las herramientas de síntesis basadas en el lenguaje permiten en la actualidad ganancias importantes en la productividad de diseño.

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