1. Lenguajes de Descripción de Hardware (HDL)
1.1. VHDL (Very High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)
1.1.1. Lenguaje estándar usado para describir el comportamiento y estructura de los circuitos digitales.
1.1.2. Ejemplo de código: ENTITY and_gate IS PORT ( A : IN STD_LOGIC; B : IN STD_LOGIC; Y : OUT STD_LOGIC ); END and_gate; ARCHITECTURE behavior OF and_gate IS BEGIN Y <= A AND B; END behavior;
1.1.3. Estructura básica: Entidades y arquitecturas.
1.1.4. Amplia aceptación en la industria y las academias.
1.2. Verilog
1.2.1. Otro HDL ampliamente utilizado en la industria para describir sistemas digitales.
1.2.2. Comparación con VHDL:
1.2.2.1. VHDL es más verboso y tiene más tipos de datos.
1.2.2.2. Verilog es más simple y conciso.
1.2.3. Se usa para la verificación y modelado de sistemas electrónicos.
2. Lenguajes de Programación Gráficos
2.1. Ladder Logic
2.1.1. Usado principalmente en la programación de PLCs (Controladores Lógicos Programables).
2.1.2. Simula diagramas de circuitos eléctricos para sistemas de control.
2.2. LabVIEW
2.2.1. Herramienta gráfica para diseño de sistemas de medición y control.
2.2.2. Utilizada en aplicaciones de FPGA para sistemas que requieren procesamiento rápido y prototipado visual.
2.2.3. Ventajas: Permite diseñar y probar de forma rápida sistemas complejos sin necesidad de escribir código HDL directamente.
3. Dispositivos de Programación
3.1. PLD’s (Dispositivos Lógicos Programables)
3.1.1. CPLD (Complex Programmable Logic Device):
3.1.1.1. Menor capacidad en comparación con los FPGAs.
3.1.1.2. Utilizado para tareas de lógica combinacional simple.
3.1.2. FPGA (Field-Programmable Gate Array):
3.1.2.1. Mayor capacidad y flexibilidad.
3.1.2.2. Usado en sistemas que requieren operaciones paralelas y procesamiento de alta velocidad.
3.2. Proceso de Programación de FPGAs
3.2.1. Paso 1: Descripción del circuito en HDL.
3.2.2. Paso 2: Síntesis del circuito lógico.
3.2.3. Paso 3: Asignación de pines y optimización.
3.2.4. Paso 4: Generación del archivo de configuración o bitstream.
3.2.5. Paso 5: Programación del FPGA con el bitstream utilizando un dispositivo de programación.
4. Diseño Lógico
4.1. Herramientas CAD (Diseño Asistido por Computadora)
4.1.1. Programas de diseño que permiten la creación de circuitos lógicos.
4.1.2. Ejemplos:
4.1.2.1. Quartus: Software de Altera (ahora Intel) para diseño de FPGA y CPLD.
4.1.2.2. Vivado: Software de Xilinx para el diseño y simulación de FPGAs.
4.2. Optimización del Diseño
4.2.1. Técnicas como la minimización de compuertas lógicas para mejorar el rendimiento del sistema.
4.2.2. Uso de sintetizadores automáticos para convertir la descripción en HDL a un circuito lógico optimizado.
5. Referencias
5.1. Intel. (n.d.). Quartus Prime design software. Intel. https://www.intel.com/content/www/us/en/software/programmable/quartus-prime/overview.html
5.2. Xilinx. (n.d.). Vivado design suite. Xilinx. https://www.xilinx.com/products/design-tools/vivado.html
6. Relaciones y Conexiones
6.1. Relación entre HDL y herramientas CAD
6.1.1. Los HDL como VHDL o Verilog son usados para describir el comportamiento del circuito, y herramientas como Quartus o Vivado se encargan de la síntesis y generación del bitstream.
6.2. Relación entre lenguajes gráficos y HDL
6.2.1. Herramientas como LabVIEW pueden generar código HDL automáticamente a partir de bloques gráficos, lo que facilita la programación de FPGAs sin conocimientos profundos en HDL.
6.3. Conexión entre dispositivos de programación y herramientas de diseño
6.3.1. Las herramientas CAD permiten diseñar el circuito y convertirlo en el archivo necesario para programar los dispositivos PLD (como FPGAs y CPLDs).