FPGA vs Microcontrolador

FPGA vs MicrocontroladorTiempo de DesarrolloVelocidad de Respuesta CostoDesarrollo

FPGA: HDL describe un circuito concurrente. Se sintetiza.Microcontrolador: Un programa en C es una serie secuencial de instrucciones. Existen tcnicas de programacin como la programacin concurrente para ejecutar simultneamente varios procesos. Se compila.

2Gracias al ciclo de diseo eficiente de FPGAs, se consideran para el desarrollo de prototipos rpidos.

Con el uso de prototipos, es tambin importante que las simulaciones se realizaron para acelerar an ms el proceso de diseo.

Reutilizacin de los componentes del diseo.

Implementar un diseo requiere poco conocimiento de la arquitectura del FPGA y de los programas de implementacinMicroprocesadores

La falta de flexibilidad en los sistemas basados en microprocesadores impide el mejoramiento de los productos para satisfacer las cambiantes necesidades del mercado.

Los sistemas que utilizan microprocesadores pierden presencia en el mercado debido a los largos tiempos de desarrollo. Los circuitos integrados requieren muchas horas de desarrollo y prueba.Microcontroladores

Son frecuentemente utilizados y cumplen de manera suficiente las necesidades especficas de una aplicacin.

En este caso, slo el software tiene que ser desarrollado para la aplicacin requerida. En el desarrollo de este tipo de sistemas, se requiere la interconexin de hardware, que por lo general se lleva a cabo utilizando chips especializados estndar. Esto conduce a un sistema fijo, que no puede ser alterado sin rediseo de hardware.

Karen Parnell, Roger Bryner (Xilinx). (2004). Comparing and Contrasting FPGA and Microprocessor System Design and Development.

La flexibilidad de la arquitectura y la simplicidad del mtodo de diseo a hecho que cada vez ms estudiantes desarrollen sistemas basados en FPGA.

El diseo se puede hacer a travs de diferentes mtodos.

Los FPGAs permiten a los diseadores cambiar sus diseos muy avanzado el ciclo de este mismo.Los componentes de rendimiento crtico del sistema deben ser realizadas en el hardware y los componentes no crticos en el software.

Si la lgica esta entre el rango de los picosegundos o nanosegundos un FPGA puede implementarlas.

En algunos ejemplos el mdulo del reloj no es tan rpido para seales que cambian muy rpido. El diseador debe entonces escoger alternativas para crear o medir el tiempo de las ondas, agregando un circuito para implementar esas funcionesVelocidad de RespuestaUn ejemplo de cmo mucho ms rpido una funcin puede operar en hardware es la implementacin de un algoritmo DES triple de cifrado / descifrado

Caso: Un marcapasos detecta la condicin del corazn, los anlisis de mtricas de sensor y proporciona una respuesta adecuada. El marcapasos debe responder en una pequea ventana de tiempo, a que se refiere el que la ventana de respuesta.

Implementacin de algoritmo del coeficiente de correlacin de Kendall Tau.

Comparacin entre la implementacin en SW y HW.

Para el componente de software, utilizamos una Atmega 328p MCU en una placa de desarrollo Arduino Uno.

El Arduino Uno es una MCU de 8 bits que funciona a 16 MHz

Para el componente de hardware de este experimento, utilizamos el 3e DS312 Spartan montado sobre una placa de desarrollo FPGA Digilent Nexys2. Nexys2 funciona a 50 MHz

CostoFPGA utilizada en el robot de docencia cuesta 24 euros frente a los 5 euros que costara tpicamente un microcontrolador de 8 bits en el que se puede implementar fcilmente el mismo algoritmo de seguir la lnea.

Arduino uno 143.82 (28.27)

3e DS312 Spartan FPGA Digilent Nexys2 +1600

Ventajas de los FPGAHardware a la medida

Acortamiento del ciclo de diseo

Flexibilidad

Posibilidad de pasar algoritmos al hardware

Diseos hardware libresInconvenientes de los FPGAMayor precio

Entornos de desarrollo propietarios, con licencias altas.15Fuentes de Informacin.Bhavya Daya (2009). Rapid Prototyping of Embedded Systems using Field Programmable Gate Arrays. (Summa Cum Laude Thesis).

Kenneth Chee. (2013). APPLIED HW/SW CO-DESIGN: Using the Kendall Tau Algorithm forAdaptive Pacing. (Master of Science Thesis)

Karen Parnell, Roger Bryner (Xilinx). (2004). Comparing and Contrasting FPGA and Microprocessor System Design and Development.

A. H. G. AL-DHAHER. (2004). Development of Microcontroller/FPGA-based systems.Vol. 20, No. 1

http://www.iearobotics.com/personal/juan/publicaciones/art1/html/node9.html