UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICACIRCUITOS DIGITALES AVANZADOS TEMA: ESTRUCTURA INTERNA DE LA FPGA SPARTAN 3EAutor: Velasco Salazar Andrs Fernandoavelasco@est.ups.edu.ec

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ABSTRACT: In this paper the internal structure of the Spartan 3E FPGA, the configurable logic blocks that comprise, besides knowing its main component and peripheral ports is detailed.KEYWORD.- FPGAs, VHDL.I.- INTRODUCCIONLo que tenemos a continuacin es la descripcin de la tarjeta FPGAs 3E Spartan, desde su estructura interna y los principales elementos que contiene la tarjeta, conocer el funcionamiento de los diferentes componentes y elementos que proporciona la Spartan 3E, adems conocer las principales caractersticas que ofrece la tarjeta Spartan 3E. Adems de conocer las ventajas al utilizar la FPGAs Spartan 3e ya que proporciona circuitos integrados que permiten ser programados, tal como lo indica su nombre, de manera similar a los microcontroladores o los conocidos PLD. Con lo que se llega a la conclusin de que estos componentes, han revolucionado las tcnicas de diseo de hardware, imprimiendo una velocidad y fiabilidad mayores a los diseos de sistemas electrnicos digitales.CUERPO DEL INFORMEII.- OBJETIVOS Conocer y comprender la estructura interna de una FPGA y su tarjeta de desarrollo Spartan 3E Investigar los elementos funcionales programables que la componen a la FPGA Spartan 3E Determinar los componentes principales de la Spartan 3E

III.- MARCO TERICO

FPGAUna FPGA (Field - Programmable Gate Array) es un dispositivo programable basado en arreglos bidimensionales de bloques lgicos y celdas de almacenamiento interconectados entre s de tal manera de permitir el diseo de funciones lgicas complejas. Es una matriz de compuertas programables por un usuario en el campo de una aplicacin asignada. Existen varios tipos de FPGA en el mercado que difieren principalmente en su arquitectura interna, lo que tambin define su programacin, eficiencia y costos.

Fig 1.- Esquema bsico de una FPGALa figura 1 muestra un esquema bsico de una FPGA, ubicando sus bloques de entrada/salida, los bloques lgicos configurables y las interconexiones programables.FPGA SPARTAN 3ELa FPGA Spartan 3E contiene como ncleo el dispositivo XC3S500E que incluye 20 multiplicadores dedicados, 4 DCM, 20 BRAM y quinientas mil compuertas equivalentes, lo que permite esta tarjeta disear y testear aplicaciones con un alto grado de proceso. Figura 2.- Tarjeta FPGA Spartan 3ELa figura 2 muestra la tarjeta FPGA Spartan 3E y se pueden distinguir luces indicadoras LED, puerto USB, display de 7 segmentos, conector serial, puerto VGA, el Oscilador, switches, botones, etc. Adems esta FPGA dispone de un gran nmero de interfaces, tanto anlogas entre estos convertidores ADC de 14 bits y tambin el DAC de 10 bits como digitales y posee recursos de almacenamiento.Las FPGA Spartan 3E de Xilinx estn conformadas por un conjunto de Bloques Lgicos Configurables (CLBs) rodeados por un permetro de Bloques Programables de entrada/salida (IOBs). Estos elementos funcionales estn interconectados por una jerarqua de canales de conexin, la que incluye una red de baja capacitancia para la distribucin de seales de reloj de alta frecuencia. Consta de un puerto USB 2.0 de alta velocidad, 16 Mbytes de memoria RAM y ROM y varios dispositivos y puertos entrada/salida que la convierten en una plataforma ideal para sistemas digitales de todo tipo, incluyendo sistemas embebidos basados en el microprocesador Xilinxs MicroBlaze. El puerto USB 2.0 ofrece la alimentacin y una interfaz de programacin.Fig 3.- Diagrama de bloques de la FPGA Spartan 3EARQUITECTURA SPARTAN 3ELa arquitectura Spartan-3E se basa en 3 bloques funcionales programables, estos son: 1. CLBs (Configurable Logic Blocks) que contienen tablas de bsqueda (look-up tables, o LUTS) para implementar elementos lgicos como funciones booleanas y de almacenamiento como flip-flops o latches. 2. Bloques de entrada y salida (IOB, Input/Output Block) que controlan los datos entre los pines de entrada/salida y la lgica interna. Cada IOB es bidireccional y soporta operaciones de tercer estado. 3. RAM para almacenamiento de bloques de datos de 18-Kbit.Caractersticas de la Spartan 3E Dispositivo de compuerta de 500K Programador JTAG integrado 50MHz de reloj Flash de 128Mbit 16Mbit SPI flash 64Mbyte DDR SDRAM 4 canales de CAD de 12 bits ADC de 14 bits de canal dual LCD 2x16 8 Conmutadores Codificador rotatorio 8 LEDs Conector Ethernet VGA conector 2 Conectores seriales RS232PRINCIPALES COMPONENTESPuerto USB.- Por medio de este puerto se conecta la tarjeta la computadora, se enciende un LED y est lista para utilizarse. Figura 4.- Puerto USBInterruptores (Switches).-La Spartan 3E cuenta con 4, se conecta a la FPGA por medio de un pin a 3.3V generando un 1 lgico, si conecto a tierra obtengo un 0 lgico. Figura 5.- Interruptores (Switches)PUERTOS PERIFERICOSPuerto VGA.- conector DB15 que posibilita conectar directamente un monitorPuerto RS232.- posee dos puertos, un conector hembra y un conector macho.Puerto PS/2.- posee la capacidad de conectar un mouse o un teclado, para comunicarse con la FPGA usan un reloj y bus serial de datos.Conversor Anlogo Digital.- cuenta con dos canales conectados a un amplificador cuya ganancia es programada desde la FPGA.Conversor Digital Anlogo.- Cuenta con cuatro canales de salida independientes.DDR SDRAM.- Incluye una memoria de 512Mbit, con una interfaz de datos de 16-bit.CONCLUSIONES La FPGA Spartan 3E es un dispositivo que ofrece al usuario de varios componentes y recursos para ser utilizados. Se comprendi la estructura y adems la arquitectura de la que est compuesta la FPGA Spartan 3E. La aplicacin de FPGA proporciona al usuario una herramienta flexible, rpida, de bajo costo y con alta capacidad de procesamiento.

RECOMENDACIONES Actualizar conocimientos sobre otras tarjetas de FPGA ms actualizadas y con mejores prestaciones.BIBLIOGRAFIA [1] R. Cardenas, CURSO FPGA (PROGRAMACION DE ARREGLOS DE COMPUERSTAS) Agosto 2009 [En lnea] Disponible en: http://gmun.unal.edu.co/~oaamados/recursos/DK_UN_Nexys2.pdf

[2] L. Reyes, Introduccin al Hardware de tarjeta de desarrollo FPGA Spartan 3E, 2011, [En lnea] Disponible en: http://fisica.udea.edu.co/~lab-gicm/Curso%20de%20circuitos%20logicos/2013_Clase_Spartan%203E%20Introduccional%20Hardware.pdf

[3] F. Espinosa, Plataforma FPGA para el Diseo y Evaluacin de Sistemas de Control, Marzo 2011, [En lnea] Disponible en: http://www.utm.mx/~mtello/Extensos/extenso130809.pdf

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