Protein expression and purification 1 Induction optimization

El entorno Xilinx ISE (Integrated Software Environment) es una herramienta de diseño de circuitos profesional que permite realizar un diseño completo basado en lógica programable (tanto CPLD como FPGA). Proyect Navigator organiza los ficheros y corre procesos que permiten ir desde la entrada del diseño, pasando por la implementación y finalmente la programación de la tarjeta FPGA. Incluye todas las etapas del flujo de diseño basado en FPGA necesarias como son:

Entrada del diseño: Este es el primer paso del flujo de diseño con ISE. Durante la entrada del diseño se crean los ficheros fuente basándose en los objetivos que se persiguen. La entrada de diseño puede ser a través de captura esquemática, lenguajes de descripción de hardware o representación gráfica de diagramas de estado. Se pueden usar múltiples formatos para los ficheros que integran el diseño. Síntesis: Luego de la entrada del diseño y la simulación opcional, se corre la síntesis. Durante este paso los códigos de diseño se convierten en ficheros netlist

(listado de conexiones) que son aceptados como las entradas para ejecutar el próximo paso que es la implementación.

Implementación: Este paso convierte el diseño lógico en un fichero de formato físico que puede ser cargado en la tarjeta FPGA. Desde Proyect Navigator se puede correr el proceso de implementación en un solo paso o se pueden correr cada uno de los procesos, implicados en la implementación, separadamente. Estos procesos varían en dependencia de si se trabaja con lógica FPGA o CPLD.

Verificación: La funcionalidad del diseño puede ser verificada en varios puntos del flujo de diseño utilizando el software como simulador. El simulador interpreta el código fuente dentro de la lógica circuital y muestra resultados lógicos que determinan si su funcionamiento es correcto. La simulación permite crear y verificar funciones complejas en tiempo relativamente corto, pudiéndose comprobar el funcionamiento del diseño antes de programar el dispositivo.

Configuración del dispositivo: Después de generar el fichero de programación, se procede a configurar el dispositivo. Durante la configuración este fichero es descargado desde una PC hacia el dispositivo FPGA de Xilinx.

Posee varias herramientas:

Herramientas de verificación para la obtención de una simulación del sistema, tanto a nivel funcional como de estimación de retardos. Por otro lado también se facilita la generación de bancos de prueba para la verificación.

Herramientas de implementación donde se permite la especificación de restricciones o indicaciones para realizar una implementación óptima sobre el dispositivo lógico programable especificado. Esta herramienta incluye tres etapas principales en el diseño: Translate, Map, Place & Route.

Herramientas de programación, para permitir descargar el diseño sobre el dispositivo físico, ya sea en una placa de evaluación o bien en la placa definitiva. De esta forma es posible probar y depurar el sistema sobre el hardware de forma rápida y flexible, permitiendo tantos cambios como sean necesarios.

Este entorno permite combinar las diferentes técnicas de diseño para facilitar la labor de descripción del diseño. Además se permite la inclusión de restricciones para optimizar el proceso de implementación y adaptarlo a las necesidades del diseño, como ejemplo, inclusión de restricciones temporales para determinadas señales, restricciones de ubicación de la lógica en una determinada zona del arreglo programable, o bien inclusión de opciones de particularización en elementos de hardware como asignación de pines, líneas de reloj específicas, etc.

Por otro lado, el conocimiento de este tipo de entornos permite ser capaces de emplearlo en multitud de diseños, ya que independientemente de la complejidad del diseño, si este está destinado a un dispositivo programable, será posible realizarlo mediante el mismo software, por lo que una vez dominado, el proceso de diseño de nuevos sistemas resulta mucho más rápido.

3.2.1 Descripción del entorno de desarrollo

El entorno de desarrollo ISE de Xilinx (figura 3.10) posee un aspecto similar al de los entornos de programación actuales, es decir posee diversas ventanas para visualización de tareas específicas sobre cada una de ellas. En este caso existen cuatro tipos de ventanas:

1. Ventana de ficheros fuente: En esta ventana se muestran los ficheros fuente utilizados en el diseño y las dependencias entre ellos. También es aquí donde se elige el tipo de dispositivo donde se desea implementar el diseño. Esta ventana posee varias pestañas para visualizar diferentes tipos de información relativa a las fuentes de diseño empleadas.

2. Ventana de procesos: Esta ventana muestra todos los procesos necesarios para la ejecución de cada etapa de diseño. La lista de procesos se modifica dinámicamente dependiendo del tipo de fuente seleccionado en la ventana de ficheros fuente.

3. Ventana de edición: Al hacer doble clic sobre un fichero fuente de la ventana de ficheros fuente se abre una ventana de edición para modificar el fichero (en caso de lenguaje HDL), o bien se ejecuta el programa que permite editar el diseño (en caso de diseños esquemáticos o máquinas de estado).

4. Ventana de información: Situada en la parte inferior, muestra mensajes de error, aviso o información emitidos por la ejecución de los programas de compilación, implementación, etc.

Figura 3.10 Ventana principal del entorno Xilinx ISE

Tanto en la ventana de procesos como en la de ficheros fuente es posible modificar las opciones de cada elemento a través del botón derecho del ratón, o bien a través de los menús del entorno de diseño; estos menús se modifican dependiendo del tipo de selección realizada en las ventanas de ficheros fuente y de procesos. Cada elemento mostrado en la ventana posee un icono diferente dependiendo del tipo de acción o fichero que se trate:

Indica que un elemento es un documento de texto Acción a ejecutar por el entorno ISE

Acción a ejecutar por un programa adicional

Mientras se trabaja en un diseño, pueden ejecutarse cambios que requieran que algunos o todos los procesos deban ser corridos de nuevo. Por ejemplo, si se edita un fichero fuente, puede requerir que el proceso de síntesis y los procesos subsecuentes sean ejecutados de nuevo. Proyect Navigator muestra los cambios que son realizados y muestra información

sobre el estado que ha resultado tras la ejecución del proceso con los siguientes iconos de estado:

El proceso está corriendo

Ha resultado satisfactorio y no necesita ser corrido de nuevo Ha tenido errores

Se han hecho cambios en el diseño

Ha resultado satisfactorio pero se han encontrado advertencias

En la ventana de ficheros fuente se pueden apreciar diferentes tipos de información: Fichero de código

Selección de dispositivo

Módulo de alto nivel En concreto, la ventana de procesos incorpora todas las opciones necesarias para realizar

todos los pasos de la implementación de sistemas en lógica programable, incluyendo la edición y verificación.

De manera resumida el proceso de diseño resulta sencillo y se realiza en tres pasos, el primer paso consiste en añadir los ficheros fuente, en el segundo paso se selecciona el fichero de más alto nivel que se quiere implementar, y finalmente se hace doble clic sobre el último proceso que se desea llegar, de este modo se ejecutarán todos los procesos intermedios necesarios para llegar al proceso seleccionado en último lugar.