Projeto Lógico Automatizado de Sistemas Digitais Seqüenciais 1 - Introdução

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Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul Instituto de Informática (II-PUCRS)

Grupo de Apoio ao Projeto de Hardware - GAPH

Ney Laert Vilar Calazans*

Julho, 1998

*Com o apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e

Tecnológico (CNPq) e da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul (FAPERGS).

Projeto Lógico Automatizado de

Sistemas Digitais Seqüenciais

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Acesso ao material e contatos

H Material completo - livro, slides, etc:

– após Escola’98, a partir da URL

» http://www.inf.pucrs.br/~calazans

H Contato com o Autor:

» mailto:calazans@kriti.inf.pucrs.br

H Grupo GAPH:

» http://www.inf.pucrs.br/~gaph » mailto:gaph@kriti.inf.pucrs.br

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Sumário H 1 - Sistemas Digitais H 2 - Projeto e Fabricação de SDs H 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais H 4 - Taxonomia de SDs H 5 - O Processo de Projeto de SDs

H 6 - Projeto de SDs Auxiliado por Computador

H 7 - Escopo do Curso

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1 - Sistemas Digitais - definição estrutural Sistema Digital Processamento Numérico de Informação Entradas Saídas E(1)∈ C(1) E(2) E(K-2) E(K) E(K-1) S(1) ∈ C(K+1) S(2) S(3) S(L-1) ∈ ∈ ∈ ∈ C(2) C(K-2) C(K-1) C(K) C(K+2) C(K+3) C(K+L-1) ∈ ∈ ∈ ∈

Sistema Digital - Aparato dotado de conjuntos finitos de entradas e saídas e capaz de processar informação

representada sob forma numérica. Em francês, systèmes numériques!

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Sumário √ 1 - Sistemas Digitais H 2 - Projeto e Fabricação de SDs H 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais H 4 - Taxonomia de SDs H 5 - O Processo de Projeto de SDs

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2 - Projeto e Fabricação de Sistemas Digitais

H Três ramos do conhecimento científico envolvidos:

– Ciência da Computação, Física de Semicondutores e Matemática Aplicada Ciência da Computação Física de Semicondutores Métodos de Fabricação Auxiliada por Computador Engenharia de Sistemas Digitais VLSI Sistemas VLSI Matemática Aplicada

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2 - Projeto e Fabricação de SDs VLSI

H Projeto de SDs - método p/ desenvolver

plano de um SD -> manufatura automática;

H Estilo de Projeto - conjunto de métodos;

H Base da tecnologia atual - processos

planares de fabricação;

H CI VLSI moderno - pastilha de 1cm2 de

lado, espessura < 1mm, >106 dispositivos;

H Parâmetro de base - “min-feature-size”: em

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2 - Projeto e Fabricação de SDs - Lei de Moore H “A densidade de Circuitos Integrados dobra a intervalos regulares de 18 meses”. – Gordon E. Moore, (1965)

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Sumário √ 1 - Sistemas Digitais √ 2 - Projeto e Fabricação de SDs H 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais H 4 - Taxonomia de SDs H 5 - O Processo de Projeto de SDs

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3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais

H SD Combinacional - comportamento de cada saída

descrito como função exclusivamente dos valores instântaneos das entradas.

A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 A B A^B 0 0 0 1 A^B

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H SD Seqüencial

-qualquer SD que não possa, em geral atender a definição de SD combinacional. X _Xi-1 0 1 Xi 1 0 Oscilador em Anel A X A 0 1 Xi 0 Xi-1 Captura de Zeros E D E 0 0 1 1 D 0 1 0 1 Xi Xi-1 Xi-1 0 1 X 1 bit de RAM

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3 - Armazenamento de Informação e Estado H Em geral, laço de realimentação implica armazenar informação, e conceito de estado; B A _X A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 X 0 0 0 1

Contra-exemplo: circuito com realimentação, contudo

combinacional

Estado - excluindo

realimentações redundantes, cada configuração distinta de valores destas.

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H Definição de tipos de SDs baseada em estados:

– Todo SD é um SD seqüencial;

– SD combinacional - possui apenas 1 estado; – SD estritamente seqüencial - sob mesmas

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Sumário √ 1 - Sistemas Digitais √ 2 - Projeto e Fabricação de SDs √ 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais H 4 - Taxonomia de SDs H 5 - O Processo de Projeto de SDs

7 - Escopo do Curso

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4 - Taxonomia de SDs

H Fundamental - escolha de critérios de

classificação adequados;

H Ortogonalidade - meta da escolha de critérios;

H Critérios - podem depender de diversas

características físicas, de uso, de construção, de custo, etc.

H Critérios: personalizabilidade, programabilidade,

retenção da personalização, complexidade, forma de produção, relação entradas/saídas,

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NÃO PROGRAMÁVEIS OU RÍGIDOS EX: FAMÍLIA TTL 74XX

PROGRAMÁVEIS EX: FAMÍLIA INTEL MCS'86 NÃO PERSONALIZÁVEIS OU FIXOS CIRCUITOS INTEGRADOS PERSONALIZÁVEIS PÓS-FABRICAÇÃO POR FABRICAÇÃO RETENÇÃO EM FUNCIONAMENTO EX: FPGA BASEADO EM RAM

RETENÇÃO ETERNA, EXCETO POR PROCEDIMENTOS ESPECIAIS EX:

EPROM, EEPROM, FPGA BASEADO EM EPROM

RETENÇÃO ETERNA, APÓS PRIMEIRA PERSONALIZAÇÃO EX: PROM, FPGA

BASEADO EM ANTIFUSÍVEIS PARCIALMENTE PERSONALIZÁVEIS, OU SEMI-DEDICADOS, OU PRÉ-CARACTERIZADOS (SEMI-CUSTOM) TOTALMENTE PERSONALIZÁVEIS, OU DEDICADOS (FULL-CUSTOM) PRÉ-DIFUNDIDOS EX: GATE ARRAY

PÓS-DIFUNDIDOS EX: STANDARD-CELL

Uma Classificação de CIs baseada em

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Sumário √ 1 - Sistemas Digitais √ 2 - Projeto e Fabricação de SDs √ 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais √ 4 - Taxonomia de SDs H 5 - O Processo de Projeto de SDs

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5 - O Processo de Projeto de SDs

H Processo de Projeto - descrição inicial

(especificação) -> descrição final (projeto final ou detalhado);

H Diferença entre especificação e projeto final

- quantidade de informação;

H Informação no projeto final permite fabricar

automaticamente (ou quase) o SD;

H Problema - controlar a complexidade de

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5 - O Processo de Projeto de SDs

H Problema derivado - complexidade impede

passagem direta especificação -> projeto final;

H Solução - decomposição hierárquica do

processo de projeto, continuum de descrições;

H Complexidade requer organização da

hierarquia de descrições - modelos para

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5 - Modelo de Suzim H Critério: nível de abstração; . Validação Síntese Síntese Síntese

Nível de Abstração i+1 Nível de Abstração i Extração Extração Extração Otimização Validação Otimização

...

Transformação entre níveis (aresta) = ferramenta de projeto;

H Suzim propõe modelo

unidimensional;

H Nível de abstração =

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5 - Modelo de Gajski-Kuhn ou Diagrama Y

H Modelo bidimensional;

H Critérios: nível de abstração

e domínio de descrição;

H Domínio de descrição = tipo

de informação;

Elétrico Lógico Arquitetural

Sistêmico

Domínio Estrutural Domínio Comportamental

Domínio Físico Processadores, Memórias, Barramentos

Registradores, ULAs, Muxs, Decods Portas Lógicas, Biestáveis

Transistores, Lineares Funções de Transferência, Equações Diferenciais Expressões Booleanas, Tabelas de Transição HDLs, Transferência entre Registradores Processos Comunicantes, Algoritmos

Placas, Módulos Multi-chip Planta Baixa de Blocos de CIs Planta Baixa de Células Lógicas "Layout" de Transistores e Lineares

Círculo = nível de abstração, eixo = domínio de descrição; Intersecção círculo-eixo (vértices) = descrição;

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5 - Exemplo de processo de projeto

Elétrico Lógico

Arquitetural

Sistêmico

Domínio Estrutural Domínio Comportamental

Domínio Físico Diagrama de Blocos Diagrama de Esquemáticos Diagrama de Tempos Português Estruturado "Layout" de Transistores Editor de Esquemáticos Particionamento,

Posicionamento, Traçado de Rotas Simulação, Minimização "Back Annotation" Processo Clássico de Projeto de SDs H Ponto de Partida -especificação informal; H Captura/Validação - Editor de esquemáticos e Simulador;

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Sumário √ 1 - Sistemas Digitais √ 2 - Projeto e Fabricação de SDs √ 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais √ 4 - Taxonomia de SDs √ 5 - O Processo de Projeto de SDs

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6 - Projeto de SDs auxiliado por Computador

H Estrutura Geral de CAD:

– Interface Gráfico-textual; – Arcabouço de Projeto Arcabouço deProjeto Programas Bibliotecas Descrições Interface Gráfico-Textual – Descrições de projeto; – Ferramentas de projeto;

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6 - Exemplo de Sistema de Projeto Foundation, da empresa Xilinx Componentes de projeto Ferramentas de projeto Janela de mensagens

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6 - Exemplo de Sistema de Projeto - cont.

Editor hierárquico de esquemas

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Simulador Lógico: Funcional e de Temporização Janela de Simulação

Janela de Estimulação

Janela de Controle

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Janelas de Síntese Física:

Controle de Versões

Ferramentas Andamento da Síntese

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6 - Exemplo de Sistema de Projeto - cont. Ferramenta de: visualização da síntese física edição manual análise de ocupação

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Sumário √ 1 - Sistemas Digitais √ 2 - Projeto e Fabricação de SDs √ 3 - SDs Combinacionais e Seqüenciais √ 4 - Taxonomia de SDs √ 5 - O Processo de Projeto de SDs

√ 6 - Projeto de SDs Auxiliado por Computador

7 - Escopo do Curso

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7 - Escopo do Curso

H Estrutura:

– Hoje:

» Introdução (Capítulo 1)

» Fundamentação Teórica (Capítulo 2)

– Próximos encontros:

» Capítulo 3 e Capítulo 4 - 2 encontros » Capítulo 5 e Capítulo 6 - 2 encontros

H Contexto: Projeto Lógico Seqüencial

H Livro Companheiro: Ricardo Jacobi 10a

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7 - Escopo do Curso - Ilustração

Elétrico Lógico Arquitetural

Domínio Estrutural _Sistêmico Domínio Comportamental

Projeto Sistêmico Projeto Arquitetural Projeto Lógico Projeto Físico Projeto Lógico Seqüencial contido aqui