Guía docente de Desarrollo de Hardware Digital (Especialidad Ingeniería de Computadores) (296113N)

No es necesario aprobar asignaturas, materias o módulos previos como requisito indispensable para cursar esta asignatura. No obstante, se recomienda tener conocimientos previos en Tecnología y Organización de Computadores, en especial en análisis y diseño de sistemas digitales.

• Metodologías de diseño y construcción de sistemas digitales.
• Hardware reconfigurable y plataformas de codiseño.
• Modelado y síntesis automática con lenguajes de descripción hardware, verificación.
• Desarrollo de procesadores específicos, módulos de interfaz y de comunicaciones.
• Integración de sistemas de cómputo específicos, codiseño Hardware/Software.
• Campos de aplicación.

• Conocer diferentes metodologías de diseño y construcción de sistemas digitales, sus ventajas y limitaciones.
• Conocer dispositivos y plataformas de desarrollo de sistemas con hardware reconfigurable, y sus campos de aplicación.
• Utilizar apropiadamente herramientas software de síntesis automática y verificación para el diseño de módulos hardware específicos.
• Especificar sistemas digitales mediante un lenguaje de descripción estándar.
• Obtener descripciones sintetizables para inferencia de lógica combinacional y secuencial.
• Analizar y diseñar módulos hardware tales como procesadores específicos, módulos de interfaz y de comunicaciones.
• Comprender nociones básicas de codiseño hardware/software para la integración de sistemas de cómputo específicos.

Tema 1. Metodologías de diseño y construcción de sistemas digitales

• Ciclo de desarrollo
• Requisitos de diseño
• Metodologías de diseño
• Alternativas de implementación física
• Herramientas software
• Evolución histórica
• Estado actual y tendencias

Tema 2. Hardware reconfigurable

• Conceptos generales
• Perspectiva histórica
• Dispositivos reconfigurables
• Metodologías de desarrollo
• Herramientas CAD/EDA
• Plataformas de desarrollo
• Campos de aplicación

Tema 3. Lenguajes de descripción hardware

• Cuestiones preliminares
• Perspectiva histórica
• Lenguajes estándar
• Fundamentos del estándar IEEE-1076: VHDL

Tema 4. Diseño de hardware digital con VHDL

• VHDL sintetizable
• Descripciones funcionales y estructurales
• Síntesis de lógica combinacional
• Inferencia de elementos de memoria y registros
• Especificación de máquinas de estados finitos
• Diseño de sistemas RT
• Recomendaciones de diseño

Tema 5. Integración de sistemas de cómputo específicos

• Nociones básicas de codiseño hardware/software
• Diseño basado en componentes IP y diseño basado en plataforma
• Sistemas completamente configurables descritos en lenguajes multiplataforma

Tema 6. Desarrollo de componentes IP

• Modelado
• Bancos de pruebas
• Diseños reutilizables
• Ejemplos: procesadores específicos, módulos de interfaz y de comunicaciones

Seminarios/Talleres:

• Iniciación a una plataforma de desarrollo con hardware reconfigurable
• Iniciación a herramientas de especificación, verificación y síntesis automática
• Iniciación a herramientas de codiseño de sistemas empotrados con hardware reconfigurable

Prácticas de Laboratorio

• Diseño de un procesador en VHDL
• Análisis, desarrollo y optimización de proyectos con hardware reconfigurable

• Ashenden, P.J., The designer’s guide to VHDL, Morgan Kaufmann Publishers, c2008
• Chu, P. P., FPGA prototyping by VHDL examples : Xilinx Spartan-3 version , Wiley-Interscience, c2008.
• Hamblen, J.O., Hall T.S., Furman, M.D.: Rapid Prototyping of Digital Systems : SOPC Edition, Springer 2008
• Maxfield, C., FPGAs: Instant Access, Newnes 2008
• Rushton, A., VHDL for Logic Synthesis, John Wiley and Sons, 2011
• Terés, Ll. et al, VHDL, Lenguaje estándar de diseño electrónico, McGraw Hill, 1997

• Ashenden, P. J., Digital Design: An Embedded Systems Approach Using VHDL, Elseiver 2008
• Ashenden, P.J., Lewis, J., VHDL-2008: just the new stuff, Elsevier/Morgan Kaufmann, c2008
• Bergeron, J., Writing Testbenches: Functional Verification of HDL Models, Second Edition, Springer 2003 • Brown, S. y Vranesic, Z., Fundamentals of digital logic with VHDL design, McGraw-Hill, 2009, 3rd ed (Traducida al castellano la edición anterior: Brown, S. y Vranesic, Z., Fundamentos de lógica digital con diseño VHDL, McGraw-Hill, 2006, 2ª ed)
• Cayssials, R, Sistemas embebidos en FPGA, Marcombo, 2014
• Chu , P.P., RTL Hardware Design Using VHDL: Coding for Efficiency, Portability, and Scalability, Wiley-IEEE Press, 2006
• Chu , P.P., Embedded SoPC design with NIOS II processor and Verilog examples, Wiley, c2012.
• Grout, I. Digital systems design with FPGAs and CPLDs. Elsevier, c2008 • Hwang, E.D., Digital Logic and Microprocessor Design with VHDL, Thomson, 2006
• Kafig, W., VHDL 101: everything you need to know to get started, Elsevier 2011
• Kits, S., Advanced FPGA Design: Architecture, Implementation, and Optimization, Wiley-IEEE Press, 2007
• LaMeres, B.J., Introduction to Logic Circuits & Logic Design with VHDL, Springer, 2017
• Maxfield, C., The design warrior’s guide to FPGAs: devices, tools and flows, Elsevier, c2004
• Meyer-Baese , U., Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays (Signals and Communication Technology), Springer; 3rd edition, 2007
• Navaby, Z., VHDL: Modular Desing and Synthesis of Cores and Systems, McGraw-Hill, 2007
• Pardo, F. Y Boluda, J.A., VHDL: lenguaje para síntesis y modelado de circuitos, Ra-Ma, 2011
• Pedroni, V.A., Digital electronics and design with VHDL, Elsevier Morgan Kaufmann Publishers, 2008
• Perry, D.L., VHDL programming by example, McGraw-Hill, 2002
• Ruz, J.L., VHDL: De la tecnología a la arquitectura de computadores, Editorial síntesis, 1997.
• Sass, R, Schmidt, A. G., Embedded Systems Design with Platform FPGAs: Principles and Practices. Elsevier 2010 (Recurso electrónico).
• Schaumont, P.R. , Hardware/Software Codesign: A Practical Introduction, Springer 2013
• Short, K.L., VHDL for Engineers, Prentice Hall, 2008
• Taraate, V., PLD Based Design with VHDL: RTL Design, Synthesis and Implementation Springer, 2017.
• Vahid, F., Embedded System Design: A Unified Hardware/Software Introduction, Wiley; 2001
• Wilson, P.R., Design recipes for FPGAs, Newnes, 2007

Principales fabricantes de dispositivos configurables

• Intel FPGA
• AMD Xilinx
• Microchip FPGA & SOC

Estándares IEEE (sobre manuales de referencia de lenguajes HDL, bibliotecas, etc.):

• IEEE Xplore

Repositorios de hardware abierto:

• OpenCores
• Open Hardware Repository

• MD01. Lección Magistral (Clases Teóricas-Expositivas) 
• MD02. Actividades Prácticas (Resolución de Problemas, Resolución de Casos Prácticos, Desarrollo de Proyectos, Prácticas en Laboratorio, Taller de Programación, Aula de Informática, Prácticas de Campo). 
• MD03.  Seminarios (Debates, Demos, Exposición de Trabajos Tutelados, Conferencias, Visitas Guiadas, Monografías). 
• MD04. Actividades no presenciales Individuales. 
• MD05. Actividades no presenciales Grupales. 
• MD06. Tutorías Académicas. 

Todo lo relativo a la evaluación se regirá por la normativa sobre evaluación y calificación de los estudiantes vigente en la Universidad de Granada. El sistema de calificaciones se expresará mediante calificación numérica de acuerdo con lo establecido en el art. 5 del R. D 1125/2003, de 5 de septiembre, por el que se establece el sistema europeo de créditos y el sistema de calificaciones en las titulaciones universitarias de carácter oficial y validez en el territorio nacional.

La evaluación continua de la asignatura se compone de las siguientes actividades:

• Actividades individuales o grupales durante el cuatrimestre
  • Se plantean cuestiones de teoría, problemas y actividades de análisis/síntesis, justificando respuestas y decisiones adoptadas.
  • Criterios de evaluación: Exactitud, razonamiento, criterios de decisión
  • Porcentaje sobre calificación final: 25%
• Prueba de conocimientos teóricos y de resolución de problemas
  • Se plantean cuestiones de teoría y problemas, justificando respuestas y decisiones adoptadas.
  • Criterios de evaluación: Exactitud, razonamiento, criterios de decisión
  • Porcentaje sobre calificación final: 15%
• Evaluación sobre casos prácticos
  • Se propondrá realizar un conjunto de actividades basadas en casos prácticos, y responder una serie de preguntas sobre la metodología, herramientas de verificación y de síntesis, optimización de prestaciones y otras cuestiones consideradas en las prácticas de la asignatura.
  • Criterios de evaluación: Capacidad de análisis, funcionalidad de la solución, metodología, razonamiento, conclusiones.
  • Porcentaje sobre calificación final: 50%
• Evaluación de seminarios
  • Se realizarán preguntas y ejercicios en relación con la temática de los seminarios que supongan la elaboración de conclusiones sobre ventajas e inconvenientes de la metodología explicada en el contexto del desarrollo de sistemas de cómputo específicos.
  • Criterios de evaluación: Capacidad de análisis, razonamiento, conclusiones.
  • Porcentaje sobre calificación final:10%

En las convocatorias extraordinarias se utilizará la evaluación única final, tal y como se describe más abajo.

La evaluación única final se realizará en la fecha indicada por el Centro para tal efecto, y constará de las siguientes pruebas:

• Prueba de conocimientos teóricos y de resolución de problemas
  • Se plantean cuestiones de teoría y problemas, justificando respuestas y decisiones adoptadas.
  • Criterios de evaluación: Exactitud, razonamiento, criterios de decisión
  • Porcentaje sobre calificación final: 40%
• Prueba sobre prácticas y seminarios
  • Se propondrá realizar un conjunto de actividades basadas en casos prácticos, y responder una serie de preguntas sobre la metodología, herramientas de verificación y de síntesis, optimización de prestaciones y otras cuestiones consideradas en los seminarios y las prácticas de la asignatura.
  • Criterios de evaluación: Capacidad de análisis, funcionalidad de la solución, metodología, razonamiento, conclusiones.
  • Porcentaje sobre calificación final: 60%