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Prof. Ferrari Claudio. In una stazione di lavaggio chimico lo stato del liquido utilizzato è monitorato mediante tre sensori che ne rilevano il livello.

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Presentazione sul tema: "Prof. Ferrari Claudio. In una stazione di lavaggio chimico lo stato del liquido utilizzato è monitorato mediante tre sensori che ne rilevano il livello."— Transcript della presentazione:

1 Prof. Ferrari Claudio

2 In una stazione di lavaggio chimico lo stato del liquido utilizzato è monitorato mediante tre sensori che ne rilevano il livello (L), la pressione (P) e la temperatura (T). Ciascun sensore presenta in uscita un segnale a livello alto quando la grandezza fisica che rileva sorpassa una soglia prefissata. Si vuole progettare una rete in grado di produrre un segnale a livello alto (Y) quando si verifica una qualsiasi delle seguenti condizioni anomale: temperatura oltre la soglia con livello sotto la soglia; pressione oltre la soglia con livello sotto la soglia; pressione, temperatura e livello contemporaneamente oltre la soglia. Truth Table L P T Y Prof. Ferrari Claudio

3 11U174LS04 21U274LS08 31U374LS32 Prof. Ferrari Claudio

4 Nei primi anni 70 fecero la comparsa sul mercato dei dispositivi elettronici digitali che permettevano la realizzazione di funzioni combinatorie e/o sequenziali nello stesso circuito integrato. Prof. Ferrari Claudio Svantaggi: apprendimento di un linguaggio di progettazione necessità di disporre di potenti elaboratori elettronici costi (inizialmente) più elevati rispetto a soluzioni tradizionali Vantaggi: riprogrammabilità e non volatilità riduzione dell'area occupata sullo stampato più affidabilità rispetto alle logiche tradizionali ridotto time-to-market possibilità di rimpiazzare le antiquate logiche tradizionali TTL/CMOS ottimizzazione nella gestione dei magazzini componenti

5 FPD/PLD (Field Programmable Device/Programmable Logic Device): qualsiasi circuito integrato configurabile dallutente per implementare hardware digitale Prof. Ferrari Claudio PLA (Programmable Logic Array): il più semplice PLD formato da matrici di porte AND e OR le cui connessioni sono programmabili, al fine di ottenere funzioni logiche rappresentabili come somma di prodotti PAL (Programmable Array Logic): dispositivi con matrice AND programmabile e matrice OR fissa SPLD (Simple PLD): qualsiasi semplice PLD con relative variazioni (ad esempio aggiunta di flip-flop) Alcune definizioni...

6 Prof. Ferrari Claudio FPGA (Field Programmable Gate Array): FPD con struttura molto versatile caratterizzati da un elevato livello di integrazione Ancora definizioni... CPLD (Complex PLD): tanti SPLD interconnessi mediante una matrice

7 Il mercato dei produttori di PLD (2008) Prof. Ferrari Claudio

8 <= PLA (Programmable Logic Array) PAL (Programmable Array Logic) => Prof. Ferrari Claudio Architetture SPLD

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10 PAL16L8 PAL16R8 Prof. Ferrari Claudio

11 Un CPLD è un dispositivo contenente più blocchi di tipo SPLD Prof. Ferrari Claudio Cosè un CPLD riuniti in un singolo chip

12 Caratteristiche CPLD Principali produttori: Altera, Xilinx Un CPLD può arrivare a contenere qualche decina di SPLD Applicazioni tipiche CPLD: quando è richiesta alta velocità ( ritardi inferiori a 10 nsec) e predicibilità quando il progetto si presta bene ad una implementazione somma-di- prodotti controllori: grafici, LAN, UART, per CACHE Come regola generale i CPLD si utilizzano nelle applicazioni in cui è richiesto un uso esteso di porte AND/OR e non occorrono numerosi flip-flop (presenti in minima quantità) Prof. Ferrari Claudio

13 Diagramma a blocchi del dispositivo Xilinx XC9500 Prof. Ferrari Claudio

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15 La programmazione dei PLD Prof. Ferrari Claudio Programmazione di tipo HDL (Hardware Description Language) ABEL AHDL VHDL (IEEE ) Verilog (IEEE ) - SystemVerilog Applicativo grafico schematico Programmazione strutturata SystemC Programmazione visuale LabVIEW Matlab Simulink

16 VHDL: vantaggi Potenza e flessibilità VHDL permette di descrivere circuiti complessi con relativa semplicità; consente inoltre di descrivere gli stimoli utilizzati nella simulazione del progetto Prof. Ferrari Claudio Portabilità Il VHDL è un linguaggio standard e quindi consente di esportare il codice da un sintetizzatore (e/o un simulatore) allaltro Progettazione indipendente dal dispositivo La portabilità consente di valutare le prestazioni di un progetto su componenti diversi.

17 VHDL: svantaggi Differenti qualità di sintesi Lefficacia della sintesi può variare a seconda delle impostazioni fissate per il processo di sintetizzazione Prof. Ferrari Claudio Difficoltà di controllo dellimplementazione Lutilizzo di costrutti astratti (clausole if, case, when..) non consente di controllare limplementazione di un progetto a livello di gate Possibile inefficienza delle implementazioni Essendo il risultato dellimplementazione dipendente dalla strategia scelta, occorre conoscere le peculiarità delle tante strategie di norma disponibili

18 Prof. Ferrari Claudio Entity, architecture e design

19 Prof. Ferrari Claudio Descrizione strutturale

20 Descrizione dataflow Prof. Ferrari Claudio

21 Descrizione comportamentale Prof. Ferrari Claudio

22 Descrizione strutturaleDescrizione dataflowDescrizione comportamentale il VHDL consente di utilizzare nella definizione dellarchitettura una qualsiasi combinazione dei tre stili e a ciascuna descrizione corrisponderà unimplementazione hardware che opererà parallelamente (o concorrentemente) alle altre

23 Design entry Behavioral simulation Synthesis Implementation Post-fit simulation Download Design library Design constraints Prof. Ferrari Claudio Flusso di progetto per PLD

24 Prof. Ferrari Claudio Due fasi fondamentali... Sintesi: procedimento software che converte la descrizione comportamentale in una descrizione strutturale, in cui vengono utilizzate esclusivamente porte logiche elementari

25 Prof. Ferrari Claudio Implementazione: procedimento software che converte la descrizione strutturale in una descrizione fisica valida per il dispositivo scelto, generandone il relativo file di programmazione. N PPMAP 1 1* N PPMAP 11 11* N PPMAP 12 12* N PPMAP 13 13* N PPMAP 14 14* N PPMAP 18 18* N PPMAP 19 19* N PPMAP 2 2* N PPMAP 20 20* N PPMAP 22 22*.. L * L * L * L * L * L * L * L * L *..

26 Prof. Ferrari Claudio Simulazione post-fit VHDL permette di descrivere test- bench, ovvero sequenze di ingresso che servono per testare la funzionalità del dispositivo sotto esame Simulazione per poi passare a verificare la corrispondenza delle uscite alle specifiche assegnate, per mezzo di tools grafici

27 Prof. Ferrari Claudio Download / debug Il JTAG (Joint Test Action Group) è un protocollo di tipo industriale sviluppato per accedere in modalità seriale a segnali e punti di test di un circuito elettronico durante le procedure di built-in test (o debugging) e programmazione. Principalmente permette di: eseguire il test delle connessioni tra uno o più dispositivi JTAG e tutto ciò che ad essi è collegato; programmare/riconfigurare in-circuit; effettuare il debugging del programma (o dellarchitettura) trasferito sul chip conformemente alle specifiche fornite, in base a un modello o a vettori di test.

28 Prof. Ferrari Claudio Attualmente sempre più circuiti integrati contengono un modulo di supervisione e di controllo remoto accessibile tramite linterfaccia JTAG

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30 Un FPGA è un componente integrato al cui interno è replicato fino a migliaia di volte un circuito digitale denominato CLB (Configurable Logic Block), nel quale sono svolte funzioni logiche di base Cosè un FPGA

31 Prof. Ferrari Claudio CLB a grana grossa Xilinx CLB a grana fine Actel

32 Prof. Ferrari Claudio La sigla PSoC ( Programmable System On a Chip) identifica un componente, prodotto di Cypress, che integra un microprocessore e vari moduli sia analogici sia digitali configurabili indipendentemente (così come le relative interconnessioni), al fine di sostituire con un singolo chip più blocchi funzionali. Cosè un PSoC La piattaforma mette a disposizione un vasto insieme di IP (proprietà intellettuali) testate sotto forma di blocchi analogici, digitali e di interfaccia precostruiti...

33 Prof. Ferrari Claudio nonchè tre tipologie di processori

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36 IP analogiche disponibili Prof. Ferrari Claudio Filters 2 pole low-pass 2 pole band-pass Modulators Peak detectors Amplifiers Programmable gain Instrumentation Inverting Comparators Hysteresis Zero-crossing ADC Delta-Sigma 12 to 20 bit SAR ADC (12 bits) Interlocking DAC Trans Impedance Amplifier Digital Filter Block (DFB) ADCs Delta-Sigma 6 to 14 bit Incremental 6 to 14 bit DACs 6, 8, and 9 bit 6 and 8 bit multiplying CapSense touch sensing V-to-I converter ed inoltre, nei PSoc 3 e 5

37 IP digitali disponibili Prof. Ferrari Claudio Pseudo-Random Source (PRS) Timers/Counters 8, 16, and 24 bit Pulse-Width Modulators (PWM) 8, 16, and 24 bit 8 and 16 bit dead band generators Cyclic Redundancy Check (CRC) Communications interfaces I 2 C master, slave, and multi-master SPI master and slave Tx, Rx, and full-duplex UART Full-speed USB 2.0 Primitives like AND, OR, XOR, LUT, etc. Quadrature encoder for motor control Communications Interfaces: CAN, I 2 S ed inoltre, nei PSoc 3 e 5 RTOS Keil® RTX51Tiny Micrium® μc/OS-II Segger® embOS e solamente nei PSoc 3 e 5

38 Communications interface Wireless radio control LIN bus Optical cable conversion Dual Tone Multi-Frequency (DTMF) dialer USB 2.0 Other Magnetic cord read/write Mechanical buttons or other inputs LCD display/drive control LED drive Environmental sensing Pressure Humidity Current Airflow Acceleration Tilt Pyroelectric Infrared (PIR) Light Voltage Temperature Inductive Gas Liquid level Fan/Motor Control AC motor DC motor Fan Fuel pump Instrument gauges Touch Sensing CapSense capacitive sensing (buttons, sliders) Touchscreens Trackpads Proximity sensing Power Control Battery charging Voltage & current System power AC power metering Lighting un PSoC mette a disposizione risorse per linterfacciamento diretto a: Prof. Ferrari Claudio Inoltre...

39 Prof. Ferrari Claudio PSoC CREATOR – Software per PSoC 3 e PSoC 5 Step 1: scelta e configurazione hardware dei dispositivi on-chip da implementare

40 Prof. Ferrari Claudio PSoC CREATOR – Software per PSoC 3 e PSoC 5 Step 2: scrittura dellapplicativo in linguaggio C utilizzando istruzioni e compilatori standard

41 PSoC DESIGNER – Software per PSoC 1 – Chip level Prof. Ferrari Claudio

42 PSoC DESIGNER – Software per PSoC 1 – System level = PSoC EXPRESS

43 Prof. Ferrari Claudio PSoC EXPRESS: elementi fondamentali per la progettazione PSoC Express mette a disposizione un catalogo di dispositivi, detti drivers, utilizzabili per acquisire/generare segnali. Un driver è associato ad un dispositivo hardware, quale ad esempio un sensore di temperatura. inputoutput input/output interface

44 Table lookup: funzione che permette di assegnare alluscita un valore per ciascuna combinazione possibile sugli ingressi State machine: modello comportamentale costituito da stati, transizioni e azioni Literal code: funzione che consente di scrivere codice in linguaggio C Prof. Ferrari Claudio PSoC EXPRESS: elementi fondamentali per la progettazione Gli output drivers sono pilotati mediante transfer functions, che li mettono in relazione con gli input drivers Status encoder: funzione che genera luscita corrispondente alla combinazione di uno o più ingressi Setpoint region: funzione che suddivide il range del segnale di ingresso in n zone Priority encoder: funzione che genera luscita corrispondente allingresso prioritario Loop delay: funzione che permette di confrontare il valore corrente con quello precedente

45 Prof. Ferrari Claudio Durante la simulazione, a ciascun elemento viene associato un widget che permette di manipolare gli input e di verificare conseguentemente che il progetto funzioni come desiderato PSoC EXPRESS: strumenti per la simulazione

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47 Truth Table L P T Y

48 Prof. Ferrari Claudio La simulazione Limplementazione

49 STARTER KITS : FirstTouch sistemi per valutare i PSoC in applicazioni quali: capacitive sense, light sense, wireless, mixed-signal Prof. Ferrari Claudio Sistemi di sviluppo EVALUATION AND DEVELOPMENT KITS Kit che permettono di testare rapidamente i progetti sviluppati; ciascun kit comprende un programmatore MiniProg

50 Prof. Ferrari Claudio FirstTouch

51 Prof. Ferrari Claudio Evaluation and development kit

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