“DIsfrutando con las FPGAs:Bases, Simulación y Práctica.” (4ª ed.) UNED

 

Práctica del proyecto Ascensor con Máquina de Estados en ‘Quartus Prime’ (software) de Altera (Intel).

1. Introducción.

FPGAs: Field Programmable Gate Arrays, esto es, Matriz de Puertas lógicas programables en campo.

La FPGAs es un dispositivo programable que contiene bloques de lógica cuya interconexión y funcionalidad puede ser configurada en el momento, mediante un lenguaje de descripción especializado; VHDL (Very High Description Language) o VERILOG gracias a la compañía XiLinx y mediante tarjetas de diseño del grupo INTEL y/o ALTERA.

Loading FPGAs designs. Hardware

La Arquitectura de las FPGAs gracias a este curso de la UNED:” Disfrutando con las FPGAs: Bases, Simulación y Práctica “ (4ª ed.) se pueden verificar y compilar con una FPGA real a través de Internet y una webcam, gracias al laboratorio remoto proporcionado por LabLands. 

Se trabajan las descripciones combinacionales y secuenciales, así como se mostrará cómo hacer filtrados e interactuar con Hardware externo. Se sigue una estructura de marca-brand (fabricante)—> familia (configuración)—->dispositivo (memoria, puertos de entradas/salidas, área,…). La configuración es mediante la síntesis ,el rutado y emplazamiento: Balanceado, rutado, rendimiento y área.El proyecto desarrollado en sistema binario según el comportamiento de la programación en FPGAs, con un editor HDL y un fichero VHDL permite el diseño de Máquinas de Estados.

El Software es el Quartus Prime, además se muestra cómo hacer diseños mediante Máquina de Estados y cómo realizar simulaciones,emulaciones y todas las fases implicadas en el diseño con FPGAs: síntesis, enrutado , emplazamiento y carga del diseño en la FPGA con esquemáticos o grafos de estados. El Entorno CAD (Computer Aided Design), para la programación de FPGAs y el grupo Intel y/o Altera con la versión vigente Lite 20.1.1.

2. Control de Software (SW): Simulación 

Descripción 

   En esta sesión se introduce el laboratorio de FPGAs de LabsLand, se explica cómo describir algunos circuitos, y se proponen varios ejercicios.

Se divide en: 

• Introducción a FPGA.
• Introducción a VHDL.
• Conectándose al laboratorio remoto FPGA de LabsLand.
• Primera descripción de un circuito.
• Descripción de circuitos más complejos.

La sesión es impartida por Pedro Plaza. En su organización ha colaborado la UNED, Plaza Robótica, la Rama de Estudiantes del IEEE en la UNED y el Capítulo Español de la Sociedad de Educación de IEEE. Tuvo lugar el 7 de mayo de 2020.

Título: Primeros pasos a la FPGA y la descripción VHDL

Disponibilidad: Pública 

Nivel: Universitario 

Autor: Pedro Plaza Merino

Información del Laboratorio:

QuartusPrimeFPGAMemoria

En este laboratorio, puedes aprender a programar usando dos lenguajes de diseño de hardware: VHDL o Verilog, y probar tu código en una de nuestras múltiples placas disponibles. Cada FPGA tiene un conjunto de componentes ya colocados, como 10 LEDs, 6 pantallas de 7 segmentos o múltiples relojes. Además, tendrás acceso a 10 interruptores virtuales y 4 botones virtuales que puedes usar en tu diseño y que verás al interactuar con el hardware real. 

Código fuente simulación de Altera (Intel).

Siempre que sintetices tu código, se te asignará a una placa en particular (como Terasic DE2-115 o Terasic DE1-SoC u otras), y podrás enviar tu código a una de las placas disponibles y encender y apagar los interruptores o presionar los botones y ver cómo se comporta tu diseño. Las placas están ubicadas en diferentes universidades, como verás al usar cada placa.

Quartus Prime conectado a un 7 segmentos como indicador  

3. Aspectos de Implementación. Implementación real final.

Enunciado o prompt for this section: Proyecto ascensor con máquina de estados en Quartus Prime

El objetivo de esta actividad es que el alumno diseñe y simule el comportamiento de una máquina de estados para el control de un ascensor en el software ‘Quartus Prime’.Para ello, podrá usar un conjunto de salidas que irían conectadas a un 7 segmentos como indicador del piso en el que se encuentra el ascensor. También podrá usar una entrada, que iría conectada a un pulsador, para realizar la llamada del ascensor, pudiendo incluirse hasta 3 entradas o pulsadores (es una vivienda con 3 plantas). 

El Laboratorio LabsLand nos muestra una descripción del circuito 

El laboratorio LabsLand nos muestra una descripción del circuito.

El circuito es más complejo en su descripción.

El código es verificado y compilado.

El alumno podrá incluir otra entrada extra (interruptor) que estaría conectada a un sensor de presencia para evitar el aplastamiento de las personas con las puertas del ascensor. Por último, el usuario podrá usar dos salidas para representar la apertura y cierre de las puertas. Se menciona elegir la opción más eficaz para realizar el diseño en ‘Quartus  Prime’ mediante esquemáticos o grafos de estados.