vhdl en microprocesadores

Adaptación en VHDL de un microcontrolador genérico
para el soporte de algoritmos difusos
Martín Vázquez, Nelson Acosta y Daniel Simonelli
INCA / INTIA - Depto. Computación y Sistemas - Facultad de Ciencias Exactas
Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires - TANDIL
http://www.exa.unicen.edu.ar/inca
e-mail: {nacosta, mvazquez, dsimonel}@exa.unicen.edu.ar

1. Introducción
Elenfoque con el que se diseñan los circuitos integrados ha tenido que ir evolucionando a
través de varios niveles de abstracción. Del diseño geométrico del circuito y resolución de las
ecuaciones diferenciales, se pasó al diseño con transistores ayudado con simulación eléctrica, para
evolucionar posteriormente hacia el diseño lógico con la ayuda de editores de esquemas y
simulación lógica yeléctrica. Finalmente se alcanza la actual metodología, basada en la descripción
del comportamiento de los circuitos mediante lenguajes de descripción de hardware, simulación a
nivel de comportamiento y utilización de herramientas de síntesis. Estas metodologías, conocidas
como metodologías descendentes (top-down), han transformado los procedimientos de diseño de
sistemas electrónicos, muy especialmente elde circuitos integrados. El lenguaje VHDL [Des95,
Cha97] es su más claro exponente.
En cuanto al desarrollo de circuitos integrados, las diferentes alternativas de desarrollo se
pueden agrupar cronológicamente en cuatro categorías: diseño totalmente a medida (full-custom),
matrices de puertas predifundidas (semi-custom / gate-arrays), células estándar precaracterizadas
(semi-custom / standardcells), y Lógica programable (FPGA, CPLD) [Bro94]. En estas categorías
se ha bajado el costo de desarrollo y materialización, a expensas de una reducción de la velocidad
de proceso.
Para diseñar sistemas electrónicos, la opción de combinar las tecnologías VHDL y FPGA es
muy poderosa. El uso de VHDL permite reducir el tiempo de diseño y la utilización de FPGAs
posibilita trabajar rápidamente conprototipos.

2. Objetivo Planteado
El objetivo de este trabajo es utilizar VHDL y FPGAs para definir microcontroladores
dedicados a medida de la aplicación. Con este propósito, se recurre a la modificación de
arquitecturas cores-IP1 de microprocesadores de propósito general.
En este caso, se parte del microprocesador de propósito general DWARF (descrito en VHDL
sintetizable sobre FPGA) y se realiza unamodificación de dicha arquitectura para construir el
microprocesador DWFUZ, especializado en controlar una familia de aplicaciones difusas [Cos95,
Hun95, Rus98].

3. Metodologías descendentes
Las técnicas del diseño descendente se centran en promover el diseño a nivel comportamental,
facilitando la evaluación de soluciones alternativas a partir de “diseños de alto nivel”. La Fig. 1
muestra elesquema genérico de la metodología descendente apoyado por información ascendente
[Ter98].
En la primera fase se definen las especificaciones de diseño, las cuales incluyen información
del circuito y del entorno donde éste estará ubicado. A partir de esta información el proceso de
descripción HDL contendrá dos modelos: el modelo que contiene las especificaciones funcionales

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Core-IP se refiere a unnúcleo de diseño (core) que posee registro de propiedad intelectual (IP).

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del circuito, normalmente en un nivel de abstracción comportamental y el modelo HDL que
contiene el entorno del circuito para validarlo en su contexto (banco de pruebas, test bench).
Una vez depurados estos modelos (evaluación, simulación funcional, etc), se inicia el proceso
de refinamiento gradual de la descripcióndel circuito mediante procesos automáticos de síntesis
guiados por el diseñador. El refinamiento también puede afectar el banco de pruebas con el objetivo
de ajustar su precisión a la del modelo del circuito.
En la primera fase de refinamiento gradual se aplica la síntesis comportamental para pasar de
una descripción de nivel funcional a una de nivel RT. A continuación viene la etapa de síntesis...