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La arquitectura de bus simple [ 1 ] (SBA) es una forma de arquitectura de computadoras . Está compuesta por herramientas de software y núcleos de propiedad intelectual ( núcleos IP ) interconectados mediante buses que utilizan reglas simples y claras, lo que permite la implementación de un sistema embebido ( SoC ). Se proporcionan plantillas básicas para acelerar el diseño. El código VHDL que implementa esta arquitectura es portable.
La SBA permite acelerar el desarrollo de sistemas de instrumentación virtual reconfigurables [ 2 ] . La ciencia y la ingeniería se basan en mediciones y comparaciones, y cada campo requiere un conjunto de instrumentos, tanto estándar como especializados (ad hoc), para realizar dichas mediciones. Con la llegada de las potentes y económicas matrices de puertas programables en campo (FPGA) de última generación, resulta más sencillo proporcionar instrumentación virtual, reconfigurable y bajo demanda.
Los FPGA han aumentado en tamaño y sofisticación a lo largo de los años y ahora se utilizan en mercados tan diversos como las telecomunicaciones, la electrónica de consumo, la industria y la medicina, por nombrar algunos. Muchos proveedores de FPGA ahora incluyen características adicionales en sus dispositivos, como núcleos de procesador integrados, memoria, interfaces de entrada/salida (E/S) de alta velocidad, etc. Estas capacidades adicionales, junto con su bajo costo por unidad, han hecho que los FPGA sean cada vez más populares para aplicaciones de procesamiento digital de señales (DSP). [ 3 ] Sin embargo, a pesar de lo anterior, posiblemente la característica más importante de los FPGA que ha llevado a su rápido aumento de popularidad y uso es su "programabilidad en campo" o reconfigurabilidad. Otras características que hacen que los FPGA sean muy atractivos son su alta densidad de celdas y su alto nivel de paralelismo, lo que los convierte en una opción ideal para aplicaciones computacionalmente intensivas que pueden paralelizarse.
La arquitectura de bus simple (SBA) permite interconectar diferentes componentes o bloques de forma práctica y sencilla, optimizando así el tiempo de desarrollo de proyectos. Además, simplifica la complejidad de otras implementaciones para facilitar la introducción del concepto SoC en la FPGA, lo que le confiere un valor didáctico intrínseco. La SBA está concebida como una interfaz de propósito general, que define el intercambio de datos entre módulos IP estándar. Se divide en tres tipos principales de bloques: controlador maestro o del sistema (controlador SBA), núcleos esclavos y núcleos de soporte de bus (decodificador de direcciones, adaptadores de bus, generadores de reloj, etc.). [ 4 ]
Componentes
Núcleo maestro
El núcleo maestro es una máquina de estados finitos (FSM) que realiza el flujo y procesamiento básico de datos, de forma similar a un microprocesador , pero con un menor consumo de recursos lógicos. Es el bloque principal, ya que aquí se asigna una dirección a cada acción que se va a realizar. También se encarga de decidir el orden de estas acciones (decide qué ejecutar primero y qué ejecutar después). Este direccionamiento se comunica directamente con el decodificador de direcciones.
decodificador de direcciones
Asigna a cada núcleo esclavo una posición en el mapa de direcciones y habilita estos núcleos a través del habilitador/selector del chip.
núcleos esclavos
Los esclavos son núcleos IP que proporcionan alguna funcionalidad específica, desde el procesamiento de datos hasta la función de adaptadores entre el SoC y los dispositivos externos al chip. En un sistema con varios esclavos, cada esclavo tiene una porción establecida del mapa de direcciones.
Espoleta
SBA es una aplicación y una versión simplificada de la especificación Wishbone [ 5 ] . SBA implementa el subconjunto mínimo esencial de la interfaz de señales Wishbone. Se puede conectar con núcleos IP Wishbone sencillos. SBA define tres tipos de núcleos: maestros, esclavos y auxiliares. Se desarrollaron varios núcleos IP esclavos siguiendo la arquitectura SBA, muchos de ellos para implementar instrumentos virtuales.
Aplicaciones
El SBA se ha utilizado para construir diferentes instrumentos ad hoc como un generador de ondas, [ 6 ] trazador de curvas, [ 7 ] controladores PWM, [ 8 ] instrumentación para UAV, [ 9 ] procesamiento de señales bioeléctricas [ 10 ] y muchos otros instrumentos electrónicos. [ 11 ]
Referencias
- ↑ "SBA - Arquitectura de Bus Simple" . Sba.accesus.com . Consultado el 15 de mayo de 2014 .
- ↑ "Instrumentación virtual reconfigurable basada en FPGA para ciencia y educación superior" . Consultado el 12 de octubre de 2024 .
- ↑ Maxfield, C. 2004. The Design Warrior's Guide to FPGAs: Devices, Tools and Flows. Elsevier 2004
- ↑ «Arquitectura de bus simple, un conjunto de herramientas para el desarrollo rápido y portátil de sistemas en chip» .
- ↑ "Interconexión SoC: WISHBONE :: OpenCores" . opencores.org .
- ↑ "Instrumentos virtuales reconfigurables: Desarrollo de un generador de formas de onda arbitrarias" .
- ^ Vega, J. y Risco, M. (2010). Desarrollo de un trazador de curvas como un caso de aplicación de instrumentos basados en instrumentación virtual reconfigurable. En Congreso de Microelectrónica Aplicada (págs. 93-98)
- ↑ "Desarrollo e implementación de la interfaz SBA para un núcleo IP PWM de 16 canales programables independientes" . doi : 10.33017/RevECIPeru2010.0017/ .
- ↑ "Implementación de un sistema de determinación de guiado utilizando diseño Sopc en una FPGA para un vehículo aéreo no tripulado tipo cuadricóptero" (PDF) .
- ↑ Adeluyi, Olufemi; Risco-Castillo, Miguel A.; Liz Crespo, María; Cicuttin, Andres; Lee, Jeong-A. (15 de enero de 2020). " Una metodología bioinspirada computarizada para telemetría neuronal ligera y confiable" . Sensors . 20 (22): 6461. Bibcode : 2020Senso..20.6461A . doi : 10.3390/s20226461 . PMC 7696551. PMID 33198191 .
- ↑ Castillo, Miguel Alberto Risco (3 de agosto de 2018). Diseño de instrumentos electrónicos mediante bloques de lógica reconfigurable y herramientas libres . doi : 10.18687/laccei2018.1.1.374 . ISBN 978-0-9993443-1-6– vía laccei.org.
- buses informáticos