Usando a lógica para compreender dispositivos lógicos programáveis

Há um ditado: escreva sobre o que você sabe. Bem, eu sou engenheiro, então eles me pediram para escrever sobre engenharia.

Além de fazer meu dever de dia como engenheiro, recentemente fui chamado para fazer outra coisa. Fui perguntado se estou disposto e sou capaz de ensinar um curso de filosofia na faculdade sobre metafísica e epistemologia. Mas não se preocupe! Além do meu diploma de engenharia, também sou formado em filosofia, então já vi essas palavras complicadas antes. Metafísica é o estudo da realidade, e epistemologia é o estudo do conhecimento.

Eu, você e Aristóteles: conhecimento e lógica

Em preparação para ministrar este curso, precisei desenvolver um plano de estudos e ler livros para me atualizar sobre esses tópicos. No mundo da metafísica, uma das leituras obrigatórias é um clássico chamado Metafísica (por volta de 350 aC), de Aristóteles (384-322 aC). Nele, Aristóteles afirma: “Todos os homens desejam naturalmente o conhecimento” (Livro 1, Parte 1, 980a.21).

Ao estudar esses assuntos é preciso estudar lógica também para que seja possível empregar adequadamente a metodologia do raciocínio. Aqui novamente Aristóteles é útil. Eu tenho trabalhado em meus projetos através de algumas das coisas que ele escreveu em Organon (um termo grego que significa "órgão", "instrumento" ou "ferramenta"), no qual ele expõe sua compreensão influente da lógica, bem como a forma de categorizar.

Há uma boa chance de você não aparecer na minha aula de filosofia nesta primavera para aprender mais sobre Aristóteles, conhecimento e lógica. No entanto, suspeito que se você for como muitos outros engenheiros pode estar interessado em saber mais sobre a lógica por trás da categorização de soluções programáveis ​​e como diferenciar suas classificações específicas.

O dispositivo lógico programável

Um dispositivo lógico programável é um circuito que um usuário pode configurar e reconfigurar para executar uma função lógica. Vital para o mundo da tecnologia hoje, eles possuem uma série de aplicações em diversos setores, incluindo:

  • Comunicações;
  • Data centers;
  • Tecnologia industrial;
  • Tecnologia automotiva.

Dentro dos sistemas eletrônicos que empregam os dispositivos lógicos programáveis, frequentemente encontram-se três elementos-chave, que são:

  • Microprocessadores: para controlar e computar;
  • Memória: para armazenar;
  • Lógica: para gerenciar e manipular.

Três tipos de dispositivos lógicos programáveis(PLDs)

Os três tipos incluem FPGAs, dispositivos lógicos programáveis ​​complexos e SoC (acho que este último é abreviado de várias maneiras, incluindo SoC FPGA, SoC programável , gate array SoC, gate array programável SoC, ou similar.Você entendeu o ponto!).

Vamos discutir primeiro o dispositivo lógico programável. Em muitos casos é desejável combinar as funções do microprocessador em um único dispositivo. Isso é obtido usando um núcleo de processador embutido, como um processador ARM, e funções de memória com lógica programável. Essencialmente isso é o que um SoC FPGA é (Nota: Este é meu acrônimo de escolha!).

Embora CPLDs e FPGAs também sejam classificados como PLDs, eles também são circuitos semicondutores integrados (CIs) padrão ou chips. Os CPLDs executam tarefas lógicas pequenas e descomplicadas, ao contrário dos FPGAs que são usados ​​em aplicações em que a lógica de cola, isto é circuitos lógicos personalizados, é necessária para fazer interface com CIs prontos para uso. CPLDs e FPGAs também diferem em sua arquitetura interna em relação a como eles executam suas operações lógicas. CPLDs empregam tabelas de pesquisa. Em contraste, os FPGAs utilizam um "mar de portas" que são frequentemente exemplificados como combinações de portas AND, NAND, OR e NOR.

Em geral, devido à existência de uma memória de configuração não volátil, os CPLDs não precisam de flash toda vez que recebem energia, um recurso que muitos consideram uma vantagem de segurança. Um exemplo é a série Intel® MAX® CPLD, que oferece até 8 Kbits de armazenamento não volátil para informações críticas do sistema. Em 2014, a introdução do Intel® MAX® 10 FPGA representou um avanço na integração e nos recursos de FPGA.

O MAX® 10 representou uma nova série de dispositivos lógicos programáveis ​​não voláteis, substituindo o que já foi o domínio exclusivo do CPLD. Esse revolucionário chip único (com configuração dupla) integra flash, função de conversor analógico-digital (ADC), RAM e processador de sinais digitais (DSPs) sem necessidade de flash externo, e opera em velocidade de silício - "instant-on". A nova abordagem da Intel para o projeto de FPGA deu início a uma melhor flexibilidade de design, menores custos de lista de materiais, menor consumo de placas de circuito impresso (PCB), melhor confiabilidade do sistema e maior segurança de projeto.

Os FPGAs são projetados para ter altos níveis de complexidade e uma ampla variedade de recursos de integração, além de estarem disponíveis para configurações padrão e números de peça. Os FPGAs oferecem aos engenheiros a flexibilidade de personalizar seus produtos e entregá-los ao mercado rapidamente. Após a conclusão bem sucedida do projeto, os FPGAs são adequados para a produção em volume, porque são altamente repetíveis e muito da funcionalidade elétrica do dispositivo é fácil de mudar, principalmente através de reprogramação de software.

Em relação aos circuitos integrados específicos de aplicativos (ASICs) e às peças padrão específicas de aplicativos (ASSPs), os FPGAs oferecem menores despesas antecipadas, menor tempo de comercialização e maior flexibilidade de design. As soluções programáveis ​​oferecem valor aos clientes por meio de custos mais baixos e uso de energia. Simultaneamente, essas soluções oferecem desempenho e densidade aprimorados em projetos que experimentam a carga contínua de maior complexidade, redução do tempo de lançamento no mercado, maiores necessidades de soluções personalizadas adaptadas a demandas específicas e pressões de precificação de mercado.

Com sua capacidade livre de estresse para expandir entrada/saída, os FPGAs fornecem um conjunto de periféricos econômico e específico do aplicativo que fornece todas as interfaces necessárias. Sua capacidade de ser personalizada para um aplicativo específico gera melhor desempenho, principalmente ao maximizar o desempenho do aplicativo por watt. FPGAs são muito adaptáveis ​​para mudar. Isso permite que os clientes tenham riscos de estoque mais baixos, porque eles sempre podem receber peças com as revisões mais recentes, o que atenua a obsolescência do hardware por meio da migração e atualizações do produto.

 

De volta a Aristóteles

Os pensamentos de Aristóteles vivem através de seu legado de escritos, que ajudou a nos moldar do passado até o presente. Não sei nada perto do que Aristóteles sabia, mas sei de uma coisa: você como engenheiro de projeto, e como pessoa, deseja conhecer e entender. Você quer que o design seja uma extensão lógica de suas ideias e pensamentos. Aqui está a esperança de que você use sua mente ao máximo. Se os PLDs são uma forma de atender e aprimorar seus projetos, meu desejo é que você tenha sucesso ao usar esses dispositivos lógicos sem limitações criativas. Afinal, Aristóteles acreditava que uma pessoa excelente viveria uma vida boa (Ética a Nicômaco). Como engenheiro, quem sou eu para discutir com o tipo de pensamento lógico!

Artigo escrito originalmente por Paul Golata para Mouser Electronics: Using Logic to Understand Programmable Logic Devices.

Traduzido por Equipe Embarcados.

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