Implementación de circuitos combinacionales en FPGA: ¡Descubre las tablas de búsqueda!

Implementación de circuitos combinacionales en FPGA: ¡Descubre las tablas de búsqueda!

Tabla de contenidos:

1. Introducción al diseño de sistemas FPGA
2. Arquitectura FPGA
3. Implementación de circuitos lógicos con tablas de búsqueda
4. Modos operativos de las tablas de búsqueda 4.1. Modo combinacional 4.2. Modo secuencial 4.3. Modo de memoria
5. Implementación de circuitos combinacionales con tablas de búsqueda 5.1. Ejemplo de medio sumador 5.2. Ejemplo de sumador completo
6. Implementación de circuitos secuenciales con tablas de búsqueda 6.1. Ejemplo de registrador de desplazamiento 6.2. Ejemplo de memoria secuencial
7. Uso de múltiples tablas de búsqueda en FPGA 7.1. Multiplexores F7 y F8 7.2. Particionamiento de circuitos complejos en tablas de búsqueda
8. Mapeo de circuitos en tablas de búsqueda 8.1. Herramientas de mapeo automáticas 8.2. Desarrollo de algoritmos de mapeo personalizados

Implementación de circuitos combinacionales con tablas de búsqueda

Las FPGA ofrecen una plataforma de implementación muy interesante para circuitos digitales. Pueden implementar cualquier circuito digital, desde sumadores simples hasta microprocesadores completos. Las FPGA solían ser utilizadas principalmente como dispositivos de prototipado por las empresas de semiconductores, pero ahora se utilizan cada vez más para la implementación real de sistemas.

Una de las características clave de las FPGA es la capacidad de implementar lógica combinacional utilizando tablas de búsqueda. Una tabla de búsqueda (LUT) es una pequeña memoria que puede implementar cualquier circuito combinacional. La LUT tiene una cantidad definida de entradas y una salida correspondiente, y se configura mediante una tabla de verdad.

Por ejemplo, consideremos un medio sumador. Un medio sumador es un circuito combinacional con dos entradas (A y B) y dos salidas (SUM y CARRY). Podemos especificar completamente el medio sumador mediante una tabla de verdad para SUM y otra tabla de verdad para CARRY. Para implementar esto en una LUT de 2 entradas, necesitamos cuatro celdas de memoria, donde cada celda almacena el valor de la tabla de verdad correspondiente.

En las FPGA, las LUT se implementan utilizando celdas SRAM (memoria estática de acceso aleatorio). Cada celda SRAM puede almacenar un único bit y se utiliza para almacenar los valores de la tabla de verdad de la LUT. Las LUT más comunes en las FPGA tienen 4, 5 o 6 entradas, lo que significa que pueden implementar cualquier función combinacional que tenga hasta 6 entradas.

Para implementar un circuito combinacional más complejo, como un sumador completo, podemos usar múltiples LUT y combinar sus salidas para obtener las salidas requeridas. Por ejemplo, un sumador completo tiene 3 entradas (A, B y CARRY_IN) y 2 salidas (SUM y CARRY_OUT). Podemos implementar esto utilizando dos tablas de búsqueda de 3 entradas y 2 salidas, y luego combinar las salidas para obtener los resultados deseados.

En resumen, las FPGA son una plataforma muy poderosa para implementar circuitos digitales. Las LUT son la base para implementar la lógica combinacional en las FPGA. Con las LUT adecuadas y la combinación correcta de ellas, podemos implementar circuitos combinacionales simples y complejos en las FPGA con eficiencia y flexibilidad.

Ventajas y desventajas de utilizar tablas de búsqueda en la implementación de circuitos combinacionales

Las tablas de búsqueda ofrecen varias ventajas en la implementación de circuitos combinacionales en FPGA. Algunas de estas ventajas son:

• Flexibilidad: Las tablas de búsqueda pueden implementar cualquier función combinacional y se pueden configurar fácilmente mediante una tabla de verdad.
• Eficiencia de espacio: Las LUT son una forma compacta de implementar circuitos combinacionales en comparación con otras estructuras lógicas.
• Configurabilidad: Las LUT se pueden configurar en tiempo de ejecución para adaptarse a diferentes funciones y requisitos.
• Reconfigurabilidad: Las LUT se pueden reconfigurar para implementar diferentes funciones sin cambiar el hardware subyacente.

Sin embargo, también existen algunas limitaciones y desventajas al utilizar tablas de búsqueda en la implementación de circuitos combinacionales:

• Capacidad limitada: El número de entradas de una LUT está limitado y determina la complejidad de la función que se puede implementar. Si una función requiere más entradas que las disponibles en una LUT, se deben usar múltiples LUT y combinar sus salidas.
• Retardo de propagación: El uso de tablas de búsqueda introduce un retardo en el circuito, ya que las señales deben pasar a través de la memoria SRAM y los multiplexores. Esto puede afectar el rendimiento del circuito en aplicaciones de Alta velocidad.
• Consumo de recursos: El uso de múltiples LUT puede aumentar el consumo de recursos en la FPGA, especialmente cuando se implementan circuitos combinacionales más grandes. Esto puede limitar el número de LUT disponibles para otros fines dentro de la FPGA.

En general, las tablas de búsqueda son una herramienta poderosa y versátil para implementar circuitos combinacionales en una FPGA. Su flexibilidad y configurabilidad las hacen adecuadas para una amplia gama de aplicaciones, desde implementaciones simples hasta circuitos complejos. Sin embargo, es importante tener en cuenta las limitaciones y considerar el impacto en el rendimiento y el uso de recursos al utilizar tablas de búsqueda en la implementación de circuitos combinacionales en FPGA.