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Tecsup. Mamani Surco. FPGA versus microcontrolador. 1 ResumenHace ya años que se habla de las FPGAs como dispositivos de grandes posibilidades destinados a ir quitando protagonismo a los microcontroladores. Su principal virtud es que al ser grandes bloques de lógica programable, son extremadamente rápidos, tienen una flexibilidad enorme, y se puede hacer prácticamente todo con ellos. Existen IP cores (Bloques funcionales que se pueden insertar dentro de la FPGA) para casi cualquier aplicación imaginable: procesadores de 8 o 32bits, DSPs, protocolos de comunicaciones, sistemas criptográficos de alta velocidad, codificadores o decodificadores de audio o video etc. Pero a pesar de que aún son insustituibles en algunas aplicaciones, no terminan de despegar, o al menos no se han situado al nivel que prometían hace unos años. Exceptuando estos casos raros en los que no tienen sustituto, las FPGAs son una solución cara si se las compara con los microcontroladores. Caras porque su precio es aún mucho mayor que el de un microcontrolador capaz de hacer cosas parecidas por ―software‖, y porque en el mercado laboral hay bastantes menos profesionales con conocimientos sólidos para trabajar con ellas (por ello los pocos que hay suelen ser exigentes con los sueldos). Además, las FPGAs son más complejas de configurar y depurar, y los tiempos de desarrollo y puesta en marcha suelen ser más largos. Por otro lado los microcontroladores no hacen más que incrementar sus prestaciones y potencia a la vez que disminuyen su coste y dificultad de desarrollo (algo que también sucede con las FPGAs, todo sea dicho). Hace unos años pensaba que las FPGAs dejarían en segundo plano a los microcontroladores en muchos campos de aplicación, pero la realidad es que la situación no ha cambiado mucho, es más diría que aplicaciones que hace pocos años estaban sólo al alcance de las FPGAS (p.ej. procesado de video) ahora se realizan mayoritariamente con microprocesadores. Desde mi punto de vista estas son algunas de las razones que hacen que las empresas, apremiadas por disminuir los costes y el ―time to market‖, apuesten mayoritariamente por los microcontroladores siempre que pueden, dejando las FPGAs sólo para aquellos casos en que la solución mediante microcontrolador es inviable. I. INTRODUCCIÓN El avance de la microelectrónica ha provocado un cambio espectacular en los sistemas digitales comerciales. En pocos años se han desechado una gran cantidad de soluciones analógicas para pasar a realizarlas con circuitos digitales. Estos cambios también han ido acompañados de una modificación en el enfoque docente en las escuelas de ingeniería. La evolución de los equipos electrónicos en los últimos años ha sido muy rápida y ha supuesto que el diseño y realización de sistemas digitales con circuitos integrados ASIC (Application Specific Integrated Circuit) se ha reducido en favor de la utilización de circuitos reconfigurables y microcontroladores .Por tal motivo, en los sistemas digitales surge la necesidad de adaptar sus contenidos y métodos a estos tipos de circuitos. Con esto se pretende conseguir un perfil de ingeniero competitivo y que pueda adaptarse a las necesidades del mercado. Ninguno de los dos son circuitos dedicados. (No full custom) No están diseñados para una función específica, sino que el usuario los programa. Los microprocesadores implementan funciones por software. Los FPGA lo hacen por hardware. II. ARQUITECTURA A. Arquitectura de un microcontrolador. ARQUITECTURA INTERNA DE UN MICROCONTROLADOR. CPU (unidad central de proceso): Podemos decir que la CPU, siglas en inglés de unidad central de proceso, es el núcleo del microcontrolador. Se encarga de ejecutar las instrucciones almacenadas en la memoria, de la que hablaremos más adelante. Es lo que habitualmente llamamos procesador o microprocesador, término que a menudo se confunde con el de microcontrolador. En esta línea cabe aclarar que, tal y como estamos viendo, ambos términos no son lo mismo: el microprocesador es una parte de un microcontrolador y sin él no sería útil; un microcontrolador, Comparación entre microcontroladores y FPGA Mamani Surco, Mary Jimena. [email protected] Tecsup-Arequipa

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Tecsup. Mamani Surco. FPGA versus microcontrolador.

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Resumen— Hace ya años que se habla de las FPGAs como

dispositivos de grandes posibilidades destinados a ir quitando

protagonismo a los microcontroladores. Su principal virtud es

que al ser grandes bloques de lógica programable, son

extremadamente rápidos, tienen una flexibilidad enorme, y se

puede hacer prácticamente todo con ellos. Existen IP cores

(Bloques funcionales que se pueden insertar dentro de la

FPGA) para casi cualquier aplicación imaginable:

procesadores de 8 o 32bits, DSPs, protocolos de

comunicaciones, sistemas criptográficos de alta velocidad,

codificadores o decodificadores de audio o video etc.

Pero a pesar de que aún son insustituibles en algunas

aplicaciones, no terminan de despegar, o al menos no se han

situado al nivel que prometían hace unos años. Exceptuando

estos casos raros en los que no tienen sustituto, las FPGAs son

una solución cara si se las compara con los

microcontroladores. Caras porque su precio es aún mucho

mayor que el de un microcontrolador capaz de hacer cosas

parecidas por ―software‖, y porque en el mercado laboral hay

bastantes menos profesionales con conocimientos sólidos para

trabajar con ellas (por ello los pocos que hay suelen ser

exigentes con los sueldos). Además, las FPGAs son más

complejas de configurar y depurar, y los tiempos de desarrollo

y puesta en marcha suelen ser más largos. Por otro lado los

microcontroladores no hacen más que incrementar sus

prestaciones y potencia a la vez que disminuyen su coste y

dificultad de desarrollo (algo que también sucede con las

FPGAs, todo sea dicho).

Hace unos años pensaba que las FPGAs dejarían en segundo

plano a los microcontroladores en muchos campos de

aplicación, pero la realidad es que la situación no ha cambiado

mucho, es más diría que aplicaciones que hace pocos años

estaban sólo al alcance de las FPGAS (p.ej. procesado de

video) ahora se realizan mayoritariamente con

microprocesadores.

Desde mi punto de vista estas son algunas de las razones que

hacen que las empresas, apremiadas por disminuir los costes y

el ―time to market‖, apuesten mayoritariamente por los

microcontroladores siempre que pueden, dejando las FPGAs

sólo para aquellos casos en que la solución mediante

microcontrolador es inviable.

I. INTRODUCCIÓN

El avance de la microelectrónica ha provocado un cambio

espectacular en los sistemas digitales comerciales. En pocos

años se han desechado una gran cantidad de soluciones

analógicas para pasar a realizarlas con circuitos digitales.

Estos cambios también han ido acompañados de una

modificación en el enfoque docente en las escuelas de

ingeniería. La evolución de los equipos electrónicos en los

últimos años ha sido muy rápida y ha supuesto que el diseño y

realización de sistemas digitales con circuitos integrados ASIC

(Application Specific Integrated Circuit) se ha reducido en

favor de la utilización de circuitos reconfigurables y

microcontroladores .Por tal motivo, en los sistemas digitales

surge la necesidad de adaptar sus contenidos y métodos a estos

tipos de circuitos. Con esto se pretende conseguir un perfil de

ingeniero competitivo y que pueda adaptarse a las necesidades

del mercado.

Ninguno de los dos son circuitos dedicados. (No full custom)

No están diseñados para una función específica, sino que el

usuario los programa. Los microprocesadores implementan

funciones por software. Los FPGA lo hacen por hardware.

II. ARQUITECTURA

A. Arquitectura de un microcontrolador.

ARQUITECTURA INTERNA DE UN MICROCONTROLADOR.

CPU (unidad central de proceso):

Podemos decir que la CPU, siglas en inglés de unidad central

de proceso, es el núcleo del microcontrolador. Se encarga de

ejecutar las instrucciones almacenadas en la memoria, de la

que hablaremos más adelante. Es lo que habitualmente

llamamos procesador o microprocesador, término que a

menudo se confunde con el de microcontrolador. En esta línea

cabe aclarar que, tal y como estamos viendo, ambos términos

no son lo mismo: el microprocesador es una parte de un

microcontrolador y sin él no sería útil; un microcontrolador,

Comparación entre microcontroladores y FPGA

Mamani Surco, Mary Jimena.

[email protected]

Tecsup-Arequipa

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Tecsup. Mamani Surco. FPGA versus microcontrolador.

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en cambio, es un sistema completo que puede llevar a cabo de

forma autónoma una labor.

Memoria:

Entendemos por memoria los diferentes componentes del

microcontrolador que se emplean para almacenar información

durante un periodo determinado de tiempo. La información

que necesitaremos durante la ejecución del programa será, por

un lado, el propio código, y por otro, los diferentes datos que

usemos durante la ejecución del mismo. Hablaremos por tanto

de memoria de programa y de memoria de datos,

respectivamente.

La diferente naturaleza de la información que hay que

almacenar hace necesario el uso de diferentes tipos memorias.

Sin hacer especial énfasis en este apartado, sí habrá que tener

en cuenta una clasificación básica, que distingue entre

memoria volátil y no volátil. La primera es aquella que pierde

la información que almacena al desconectarla de la

alimentación; la segunda, como resulta obvio, no. Por lo tanto,

se hace evidente que al menos la memoria de programa deberá

ser no volátil: no sería práctico que el programa grabado en el

microcontrolador se borrara cada vez que apagáramos el

dispositivo. Con respecto a la memoria de datos, diremos por

el momento según la situación puede interesarnos una u otra.

Unidades de entrada/salida:

Las unidades de entrada/salida son los sistemas que emplea el

microcontrolador para comunicarse con el exterior.

Imaginemos una televisión: por un lado tiene un dispositivo de

salida, como es la pantalla, y por otro lado, de entrada, como

son los botones de subir o bajar volumen y de cambio de

canal. Así, los dispositivos de entrada nos permitirán

introducir información en el microcontrolador y los de salida

nos servirán para que éste la saque al exterior.

B. Arquitectura de una FPGA

Los FPGA (Arreglo de Compuertas Programables) son

circuitos integrados que permiten ser programados, tal como

lo indica su nombre, de manera similar a los

microcontroladores o los conocidos PLD (Dispositivos

Lógicos Programables), para desempeñar diversas funciones.

Se puede decir que estos componentes y la tecnología que

alrededor de ellos se ha desarrollado, han revolucionado las

técnicas de diseño de hardware, imprimiendo una velocidad y

fiabilidad mayores a los diseños de sistemas electrónicos

digitales. De hecho, hoy en día, un gran número de los

sistemas electrónicos profesionales cuentan con FPGA como

componentes fundamentales.

Con el desarrollo de esta tecnología, el diseño de hardware ha

transitado vertiginosamente de la pura interconexión de

circuitos integrados y componentes electrónicos a la

programación software. No es extraño ver una placa de un

equipo, incluso de alta tecnología, con solo algunos

componentes discretos de montaje superficial, un oscilador y

un FPGA. Las potencialidades de estos dispositivos hacen que

se puedan agrupar en ellos un número nada despreciable de

funciones y componentes complejas que antes constituían cada

una un circuito integrado. Lo que se conoce como System on

Programmable Ch ip (SoPC) implica lo descrito

anteriormente, todo un sistema encapsulado enteramente en un

FPGA.

La arquitectura de un FPGA consiste en cinco elementos

programables fundamentales:

• CLB (Bloques Lógicos Configurables)

• IOB (Bloques de entrada-salida)

• BRAM (memoria RAM de bloque)

• Multiplicadores

• DCM (Manejador de reloj digital)

La RAM de bloque consiste en varios bloques (internos del

FPGA) de 18 Kbits. Cada uno se comporta como un chip de

memoria de doble puerto. Cada puerto tiene sus propias

señales de control para las operaciones de lectura y escritura.

Los multiplicadores son bloques dedicados que efectúan esta

operación entre dos números de 18 bits cada uno. A la salida

se obtiene un número de 36 bits. Se puede asociar un bloque

multiplicador con un bloque de RAM, de manera que se

obtiene un multiplicador sincrónico con las salidas registradas.

La cercanía física de los bloques multiplicadores y los bloques

de RAM posibilita esta característica. Haciendo

multiplicadores en cascada es posible lograr la multiplicación

de más de dos números e incluso de números de más de 18

bits.

(a) Multiplicador de 18 bits asincrónico. (b) Multiplicador de

18 bits con salidas registradas

III. MODO DE TRABAJO

Los microcontroladores están escondidos dentro de un gran

número de productos en los tiempos actuales. Si

tu microondas tiene un LED o una pantalla LCD y un teclado,

entonces contiene un microcontrolador. Todos nuestros

automóviles modernos contienen al menos un controlador, y

puede tener hasta seis o siete: El motor es controlado por un

microcontrolador, al igual que los frenos, el ordenador de

navegación si lo tiene, y otras funciones que puede tener el

vehículo. Cualquier dispositivo que tenga un control remoto,

tiene un microcontrolador, como los televisores, los VCRs y

los equipos de música de alta fidelidad. Por supuesto, el resto

de equipos electrónicos que existen tienen microcontroladores,

como las cámaras digitales, los teléfonos móviles,

los camcorders, las impresoras, etc. Básicamente, cualquier

producto o dispositivo que interactúa con un usuario, tiene un

microcontrolador en su interior.

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Tecsup. Mamani Surco. FPGA versus microcontrolador.

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Un microcontrolador es un ordenador. Todos los ordenadores

– y a estemos hablando de un ordenador de sobremesa, portátil

o una computadora central – tiene muchas cosas en común:

Todos los ordenadores tienen una CPU

(Unidad de Proceso Central) que ejecuta

programas. Si estás sentado enfrente de tu

ordenador leyendo este artículo, la CPU

está ejecutando un programa que muestra el

navegador que muestra la página.

La CPU carga el programa desde un sitio en

particular. En el caso de un ordenador, el

navegador se carga desde el disco duro.

El ordenador tiene memoria RAM, donde

puede almacenar variables.

El ordenador tiene dispositivos de entrada y

salida con los que pueden hablarte. En tu

ordenador, el teclado y el ratón son los

dispositivos de entrada, y el monitor y

la impresora son de salida. Un disco

duro en un aparato de entrada y salida y

maneja ambas funciones.

El ordenador que puedes estar manejando es un

equipo que puede genera hacer funcionar miles de

programas. Los microcontroladores son ordenadores

de este tipo .Hay un número de característica que

definen a un microcontrolador :Los

microcontroladores están ‗integrados‘ dentro de otro

dispositivo con lo que pueden controlar las funciones

y acciones de dicho producto.

Los microcontroladores son dedicados a una tarea y hacen

funcionar un programa específico. El programa se almacena

en la memoria ROM y generalmente no cambia, en cuanto a

las FPGAs Para poder convertir un código (diseño de un

dispositivo hardware) en un chip la FPGA simula todas las

posibilidades y todas las salidas, por lo que se podría decir

que no es más que una gran memoria que para cualquier

conjunto de entrada devuelve una salida. Incorpora zona de

cálculos intensivos (como pueden ser los multiplicadores) pero

en esencia su capacidad radica en guardar todos los posibles

recorridos que puede tener dicho código o diseño.

Su nombre, ‗Matriz de puertas programables‘ nos indica que

no se trata de nada más, una gran cantidad de transistores

capaces de conservar un estado durante la ―instalación‖

(guardan qué devolver dependiendo de qué entrada) y que

luego actúan en consecuencia.

El entorno de programación de las FPGA convierte el código

―humano‖ a un binario que indica a cada celda del chip qué

labor ha de desempeñar, o en otras palabras, qué ha de tener

en su memoria. Inicialmente esa memoria no ha de cambiar

durante la ejecución del ejemplo, puesto que la programación

de una celda está en el orden de los microsegundos y en

cambio el ejemplo de ejecución trabaja sobre nanosegundos,

pudiendo generar errores e inconsistencias.

Las FPGA se programan en el lenguaje del fabricante, como

por ejemplo en VHDL (para Xilinx) o Verilog. Éste tipo de

lenguajes, a diferencia de uno de programación estándar, se

caracteriza en definir las conexiones eléctricas (o la unión de

cables) y operaciones básicas entre registros (o cada espacio

de memoria). Se podría decir que se trata de un lenguaje de

―bajo nivel‖ (sin confundir con ensamblador, porque eso va

por otra vertiente) al tratarse de la definición de las conexiones

de registros y pines.

Como es evidente hacer funcionar algo ―interesante‖ en una

placa con una FPGA puede llevar horas o días, ya que hay que

plantearlo de manera puramente hardware. También existe la

posibilidad de inserta un pequeño simulador de procesador

(picoblaze o Power PC) y así programar directamente en un

lenguaje de software, aunque en tal caso pierde toda la gracia

de ser una pieza para desarrollar nuevos dispositivos físicos.

IV. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN

A. Microcontrolador y FPGA.

El microcontrolador ejecuta el programa cargado en la

memoria Flash. Esto se denomina el código ejecutable y está

compuesto por una serie de ceros y unos, aparentemente sin

significado. Dependiendo de la arquitectura del

microcontrolador, el código binario está compuesto por

palabras de 12, 14 o 16 bits de anchura. Cada palabra se

interpreta por la CPU como una instrucción a ser ejecutada

durante el funcionamiento del microcontrolador. Todas las

instrucciones que el microcontrolador puede reconocer y

ejecutar se les denominan colectivamente Conjunto de

instrucciones. Como es más fácil trabajar con el sistema de

numeración hexadecimal, el código ejecutable se representa

con frecuencia como una serie de los números hexadecimales

denominada código Hex. En los microcontroladores PIC con

las palabras de programa de 14 bits de anchura, el conjunto de

instrucciones tiene 35 instrucciones diferentes, a diferencia de

los FPGAs ya que estos, La tarea del programador es definir la

función lógica que realizará cada uno de los CLB, seleccionar

el modo de trabajo de cada IOB e interconectarlos.

El diseñador cuenta con la ayuda de entornos de desarrollo

especializados en el diseño de sistemas a implementarse en

una FPGA. Un diseño se puede llevar a cabo, ya sea como un

diagrama esquemático, o haciendo uso de un lenguaje de

programación especial. Estos lenguajes de programación

especializados son conocidos como HDL (Hardware

Description Language), siendo los más utilizados:

• VHDL

• Verilog

• ABEL

Page 4: EPaper Electronica

Tecsup. Mamani Surco. FPGA versus microcontrolador.

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(a).Microcontrolador

(b).FPGA

V. FABRICANTES

A. Microcontroladores

Microchip:

Microchip Technology Inc. es

una empresa fabricante de

microcontroladores,

memorias y semiconductores analógicos, situada en Chandler,

Arizona,EE.UU.

Su Producto más popular son los microcontroladores PIC de 8

bits.

Atmel Corporation:

Atmel es una compañía de

semiconductores, fundada en

1984. Su línea de productos

incluye microcontroladores

(incluyendo derivados del

8051, el AT91SAM basados

en ARM, y sus arquitecturas

propias AVR y AVR32), dispositivos de radiofrecuencia,

memorias EEPROM y Flash, ASICs, WiMAX, y muchas

otras. También tiene capacidad de ofrecer soluciones del tipo

system on chip (SoC).

freescale semiconductor:

Freescale Semiconductor es una

compañía global líder en la

industria de semiconductores

enfocada proveer procesamiento

embebido y productos de

conectividad.

Actualmente, se enfoca al suministro de productos para la

industria automotriz, de redes, comunicaciones inalámbricas,

control industrial e industrias de consumo electrónico. Con se

oferta de procesadores embebidos y de productos

complementarios, proporciona una solución completa de

semiconductores y software.

Texas Instruments:

Texas Instruments o TI, es una

empresa norteamericana que

desarrolla y comercializa

semiconductores y tecnología para sistemas de cómputo.

Igualmente, es el mayor productor de procesadores digitales

de señal y semiconductores analógicos.TI es el tercer mayor

fabricante de semiconductores del mundo tras Intel y Samsung

y es el mayor suministrador de circuitos integrados para

teléfonos móviles.

Otras áreas de actividad incluyen circuitos integrados para

módem de banda ancha, periféricos para ordenadores,

dispositivos digitales de consumo y RFID.

ZiLOG Inc:

ZiLOG Inc, es un fabricante de

microprocesadores y

microcontroladores. Su producto

más conocido es el Zilog Z80 de

8 bits.

Motorola:

Motorola Empresa dedicada a

fabricar microprocesadores y

microcontroladores entre otros

productos, su mayor logro en la

industria fue poner al Mercado un

microprocesador de 8 bits, llamado

6800. Motorola fue la primera

compañía en construir otros

periféricos como el 6820 y el 6850.

Page 5: EPaper Electronica

Tecsup. Mamani Surco. FPGA versus microcontrolador.

5

Intel:

Intel empresa dedicada a la

fabricación de

microcontroladores y

microprocesadores, aunque no

trabajaba sola obtuvo un logro

en abril de 1974 pone en el

Mercado el microprocesador bajo el nombre 8080 con

capacidad de direccionar 64kb de memoria, con 75

instrucciones y un precio de inicio de $360 dólares.

B. FPGA

Xilinx:

Entre las principales series de FPGA de Xilinx tenemos:

-Series Virtex:

Se pueden emplear los dispositivos de esta serie para

reemplazar ASICs en muchas aplicaciones, incluyendo redes

alámbricas e inalámbricas, telecomunicaciones,

almacenamiento, servidores, computación, video, imagen,

médico, industrial y de defensa. Dentro de esta serie tenemos

las familias de FPGA Virtex-5, Virtex-4, Virtex-II Pro, Virtex-

II, and Virtex-E

-Series Spartan: Hasta 5 millones de compuertas y hasta 784

puertos de entrada/salida y 344 pares de entrada/salida

diferencial. Tecnología de impedancia controlada digitalmente

XCITE. La tecnología de 90 nm reduce el tamaño y el costo,

incrementando la eficiencia de manufactura. Ideales para

diseños que requieren FPGA de bajo costo para aplicaciones

de procesamiento digital de señales tales como radio militar,

cámaras de supervisión o vigilancia, imágenes médicas. Muy

útil para aplicaciones donde se requiere de una alta densidad

lógica. Dentro de esta serie tenemos las familias de FPGA

Spartan-3A DSP, Spartan-3AN, Spartan-3A, Spartan-3E,

Spartan-3, Spartan-IIE, Spartan-II, Spartan/XL. Cada familia

tiene un área de aplicación específica como procesamiento

digital de señales, memoria no volátil, entre otros.

Altera

Serie Cyclone: Poseen hasta

120 mil elementos lógicos y

hasta 535 pines de

entrada/salida. Dentro de esta

serie tenemos las familias de FPGA Cyclone III, Cyclone II y

Cyclone. El dispositivo Cyclone III posee 4Mbits de memoria

embebida dedicada a circuitería de interfaz de memoria

externa, PLLs y capacidades de entrada/salida diferencial de

alta velocidad. Los dispositivos de esta serie son de baja

potencia, alta funcionalidad y bajo costo, y además se pueden

utilizar en aplicaciones tales como: automotriz, despliegue y

procesamiento de imágenes, militares, video, e inalámbrico.

Lattice

Entre las principales series de este fabricante se encuentran:

+ Serie SC: Ofrece las mejores soluciones en la clase de alto

rendimiento como las normas de Ethernet, PCI Express,

SPI4.2 y controladores de memoria de alta velocidad. Está

equipada con la memoria embebida. Tiene hasta 12 bloques

ASIC embebidos por dispositivo con una variedad de bloques

IP antes de la ingeniería.

+ Serie XP2: Tiene dispositivos que combinan un Look up

Table (LUT), basado en la fabricación de FPGA con celdas de

Flash no volátil en una arquitectura denominada flexiFLASH.

El flexiFLASH ofrece ventajas tales como el encendido

instantáneo, el almacenamiento sobre el chip con bloques de

memoria FlashBAK embebidos y memoria serial TAG y el

diseño de seguridad.

+ Serie XP: Tiene dispositivos que utilizan una combinación

de celdas FLASH no volátiles y la tecnología SRAM para

ofrecer una solución de un solo chip de apoyo de "encendido

instantáneo" puesta en marcha y reconfigurable infinitamente.

No volátil, reprogramable FPGAs son muy adecuadas para la

aplicación de la lógica del sistema en una amplia variedad de

mercados tales como las comunicaciones, los consumidores, la

industria, la informática, militar y de automoción. Estos son

especialmente adecuados cuando existe un requisito de

encendido instantáneo, la reducción de partes de conteo, de

alta seguridad o de programación en tiempo real.

+ Serie ECP2: Redefine a las familias de bajo costo de la

categoría FPGA, con las mejores características. Mediante la

integración de características y capacidades que anteriormente

sólo disponían las de mayor costo (FPGAs de alto

rendimiento), ahora las FPGA amplían la gama de

aplicaciones que también se pueden aprovechar en la de los

bajos costos (FPGAs).

Actel

-Serie Fusion: poseen una

circuitería de señal mixta con

hasta 1.5 millones de

compuertas. Ofrecen una serie de características que permiten

implementar funciones atractivas como manejo de potencia,

generadores de reloj, controladores de motores y cargadores

de batería inteligentes, además de las aplicaciones típicas de

las FPGAs. Estos dispositivos integran un convertidor

analógico-digital de aproximaciones sucesivas de 12 bits, con

velocidades de muestreo de hasta 600,000 muestras por

Page 6: EPaper Electronica

Tecsup. Mamani Surco. FPGA versus microcontrolador.

6

segundo, así como memoria flash embebida (hasta 1Mbyte),

entre otras funciones

QuickLogic

El PolarPro tecnología FPGA se ha

diseñado con el propósito de satisfacer la

lógica del sistema de interconexión y las

aplicaciones portátiles. A través de una

nueva e innovadora arquitectura lógica

de celdas, con memoria embebida y

control de la lógica avanzada del reloj de control de la gestión

de unidades, el PolarPro posee una arquitectura de síntesis

fácil, de modo que el costo es ultra efectivo para los nuevos

diseños.

VI. UTILIZACIÓN

A. Los microcontroladores

Son componentes electrónicos que son pequeños motores de

cálculo que se pueden utilizar en cualquier aplicación que

requiere la toma de decisiones o la supervisión del sistema.

Hay una gran variedad de microcontroladores disponibles para

su integración en productos. Los microcontroladores

generalmente tienen capacidad de entrada y salida analógica y

digital. Los usuarios pueden programar un microcontrolador

utilizando una variedad de lenguajes de programación tales

como Assembly, C y C + +. Estos programas de software

pueden desarrollarse para controlar y adquirir ciertas entradas,

realizar cálculos a alta velocidad y analizar y generar salidas

para controlar una variedad de dispositivos tales como

pantallas LCD, actuadores y más.

Los siguientes son algunos campos en los que los

microcontroladores tienen gran uso:

En la industria del automóvil: Control de motor,

alarmas, regulador del servofreno, dosificador, etc.

En la industria de los electrodomésticos: control de

calefacciones, lavadoras, cocinas eléctricas, etc.

En informática: como controlador de periféricos. Por

ejemplo para controlar impresoras, plotters, cámaras,

scanners terminales, unidades de disco, teclados,

comunicaciones (modems), etc.

En la industria de imagen y sonido: tratamiento de la

imagen y sonido, control de los motores de arrastre del

giradiscos, magnetófono, video, etc.

B. FPGAs

Tradicionalmente, las FPGAs se han reservado para

aplicaciones verticales específicas en que el volumen de la

producción es pequeña. Por estas aplicaciones de bajo

volumen, la prima que pagan las empresas en los costes de

hardware por unidad de un chip programable es más asequible

que los recursos para el desarrollo gastan en la creación de un

ASIC para una aplicación de bajo volumen. Dinámica de hoy,

el nuevo costo y rendimiento se han ampliado la gama de

aplicaciones viables.

Aplicaciones FPGA Comunes

Aeroespacial y Defensa

ASIC Prototipos

Audio

Automotor

Transmitir

Electrónica de Consumo

Sistemas Monetarios distribuidos

Centro de Datos

Computación de Alto Rendimiento

Industrial

Médico

Seguridad

Video y Procesamiento de Imágenes

Comunicaciones con cables

Comunicaciones Inalámbricas

VII. CONCLUSIONES

Hace ya años que se habla de las FPGAs como dispositivos de

grandes posibilidades destinados a ir quitando protagonismo

microcontroladores. Su principal virtud es que al ser grandes

bloques de lógica programable, son extremadamente rápidos,

tienen una flexibilidad enorme, y se puede hacer

prácticamente todo con ellos. Existen IP cores (bloques

funcionales que se pueden insertar dentro de la FPGA) para

casi cualquier aplicación imaginable: procesadores de 8 o

32bits, DSPs, protocolos de comunicaciones, codificadores o

decodificadores de audio o video etc. Las FPGAs son una

solución cara si se las compara con los microcontroladores.

Caras porque su precio es aún mucho mayor que el de un

microcontrolador capaz de hacer cosas parecidas por

―software‖, y porque en el mercado laboral hay bastantes

menos profesionales con conocimientos sólidos para trabajar

con ellas, por otra parte las FPGAs son más complejas de

configurar y depurar, y los tiempos de desarrollo y puesta en

marcha suelen ser más largos. Por otro lado los

microcontroladores no hacen más que incrementar sus

prestaciones y potencia a la vez que disminuyen su coste y

dificultad de desarrollo.

RECONOCIMIENTO

―Al Ing. Hernando Prada agradecimientos ya que

brindándome siempre su orientación con profesionalismo ético

en la adquisición de conocimientos y afianzando mi formación

como estudiante universitario se pudo lograr con éxito este

ePaper‖

Page 7: EPaper Electronica

Tecsup. Mamani Surco. FPGA versus microcontrolador.

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REFERENCIAS

[1] Introducción a los FPGAs y el Cómputo Reconfigurable

Miguel Morales Sandoval INAOE, 2006 , pp. 5-8.

[2] Electrónica Digital Fundamental: Curso Profesional

Teoría-Práctica,autor:Antonio Hermosa Donate ;2011,3ra

edición.

[3] http://mikrog.com/introduccion-a-los-uc/unidad-i/12-

aplicaciones-de-los-uc.html

[4] http://ocw.uc3m.es/tecnologia-electronica/sistemas-

embebidos-basados-en-fpgas-para-

instrumentacion/material-de-clase-1/introduccion-a-

sistemas-de-instrumentacion-embebidos

[5] Blog:

http://programacion1abundiz.blogspot.com/2009/09/lengu

aje-de-descripcion-de-hardware.html

[6] http://fpgalibre.sourceforge.net/

[7] http://www.ni.com/white-paper/6984/es/

Autor

Realizado por:

Mary Mamani Surco

Estudiante

Instituto Superior Tecsup

2014

Mamani Surco, Mary Jimena (2014). Paso

a ser estudiante de Tecsup Arequipa en el

2013, Nació en la ciudad de Arequipa-Perú

en el año de 1994

Realizo sus estudios en la Institución

Educativa Fiscalizada Toque pala 1ro - 5to

en la ciudad de Tacna Distrito Jorge

Basadre, Perú culminado en el año de 2011 .

Reconocimiento en 2010 en el concurso de Razonamiento

matemático.