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\section{Motivación y objetivos}
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\section{Motivación y objetivos}
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\label{sec:intro-mot-obj}
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En el proceso de aprendizaje de las \emph{Técnicas Digitales} se tiene un eslabón importante que es la implementación de estos sistemas a la práctica. Teorías como el \emph{Álgebra de Bool} con operaciones digitales simples, hasta la síntesis de \emph{microcontroladores} son prácticas comunes en la formación del profesional en el área de la Ingeniería Electrónica y resulta fundamental su ejercitación para concluir el ciclo de enseñanza. Actualmente existen nuevas herramientas al alcance de la mano que pueden facilitar en la formación de estudiante de ingeniería, sobre todo las denominadas \emph{Plataformas o Kit Educativos} que cuentan con una enorme complejidad y recursos en su diseño pero no así para el usuario final. Situación tan distinta en décadas pasadas donde la industria e instituciones académicas de países desarrollados eran quiénes contaba con dichas plataformas.
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En el proceso de aprendizaje de las \emph{Técnicas Digitales} se tiene un eslabón importante que es la implementación de estos sistemas a la práctica. Teorías como el \emph{Álgebra de Boole} con operaciones digitales simples, hasta la síntesis de \emph{microcontroladores} son prácticas comunes en la formación del profesional en el área de la Ingeniería Electrónica y resulta fundamental su ejercitación para concluir el ciclo de enseñanza. Actualmente existen nuevas herramientas al alcance de la mano que favorecen a la formación del estudiante de ingeniería, sobre todo las denominadas \emph{Plataformas o Kit Educativos} que cuentan con una enorme complejidad y recursos en su diseño pero no así para el usuario final. Además es importante aclarar que, en décadas pasadas, las industrias e instituciones académicas de países desarrollados eran quienes contaba con las tecnologías más modernas.
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En el avance tecnológico exponencial que se dio en las últimas décadas del siglo XX se podrían destacar varios logros pero quizá el que toma gran relevancia es el acceso a la información (\emph{Internet}). Esta herramienta permite que regiones en desarrollo puedan llevar adelante estudios de nuevas tecnologías, comparando lo dicho con años anteriores donde no se contaba con la masificación de la información. En la mayoría de los casos las instituciones académicas resultan llevar la bandera en estas búsquedas del conocimiento. En búsqueda de lograr nuestro objetivo principal, ofrecer una herramienta personalizado a las necesidades de los estudiantes que se \emph{inician} en el área del diseño de sistemas digitales basados en Dispositivos Lógicos Programables (\textsl{Programable Logic Devices}), se ha trabajado tomando como referencias proyectos universitarios en nuestra Facultad como también de otros países además de los perfiles de diseño que tienen las placas comerciales.
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En el avance tecnológico exponencial que se dio en las últimas décadas del siglo XX se podrían destacar varios logros pero quizá el que toma gran relevancia es el acceso a la información (\emph{Internet}). Esta herramienta permite que regiones en desarrollo puedan llevar adelante estudios de nuevas tecnologías, comparando lo dicho con años anteriores donde no se contaba con la masificación de la información. En la mayoría de los casos las instituciones académicas resultan llevar la bandera en estas búsquedas del conocimiento. En búsqueda de lograr nuestro objetivo principal, ofrecer una herramienta personalizado a las necesidades de los estudiantes que se \emph{inician} en el área del diseño de sistemas digitales basados en Dispositivos Lógicos Programables (\textsl{Programable Logic Devices}), se ha trabajado tomando como referencias proyectos universitarios en nuestra Facultad como también de otros países además de los perfiles de diseño que tienen las placas comerciales.
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\section{Transferencia del proyecto}
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\section{Transferencia del proyecto}
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\label{sec:transferencia}
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\label{sec:transferencia}
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Como se dijo en la sección anterior, el objetivo del proyecto es diseñar una plataforma que pueda ser útil para los estudiantes iniciales en el diseño de sistemas digitales. En el análisis de la implementación del proyecto en el ámbito académico se optó en coordinar un trabajo conjunto con el \emph{Departamento de Ingeniería Electrónica} y el \emph{Laboratorio de Técnicas Digitales e Informática (LTDI)}, ambas instituciones pertenecientes a la \emph{Universidad Tecnológica Nacional -- Facultad Regional Córdoba}. El LTDI es el laboratorio informático principal con el que cuentan los estudiantes de Ingeniería Electrónica y cuenta con recursos físicos y humanos necesarios para cubrir la demanda de las distintas Cátedras que allí se dictan. Miembros del LTDI han formado parte de la generación de documentación necesaria para el proyecto y la intensión a futuro es que dicho personal sea quienes definan mejoras/modificaciones a versiones futuras de la \emph{Plataforma de Hardware Reconfigurable}.
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Como se dijo en la sección anterior, el objetivo del proyecto es diseñar una plataforma que pueda ser útil para los estudiantes iniciales en el diseño de sistemas digitales. En el análisis de la implementación del proyecto en el ámbito académico se optó en coordinar un trabajo conjunto con el \emph{Departamento de Ingeniería Electrónica} y el \emph{Laboratorio de Técnicas Digitales e Informática (LTDI)}, ambas instituciones pertenecientes a la \emph{Universidad Tecnológica Nacional -- Facultad Regional Córdoba}. El LTDI es el principal laboratorio informático con el que cuentan los estudiantes de Ingeniería Electrónica. Este laboratorio dispone de recursos físicos necesarios para cubrir la demanda de las distintas Cátedras que allí se dictan, es decir, cuenta con computadoras, placas evaluadoras para diseño digital, instrumentación, \textsl{software's}, etc. Miembros del LTDI han formado parte de la generación de documentación necesaria para el presente proyecto y la intensión a futuro es que dicho personal sea quienes definan mejoras/modificaciones a versiones futuras de la \emph{Plataforma de Hardware Reconfigurable}.
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\nomenclature[z-phr]{PHR}{Plataforma de Hardware Reconfigurable} % first letter Z is for Acronyms
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\nomenclature[z-phr]{PHR}{Plataforma de Hardware Reconfigurable} % first letter Z is for Acronyms
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\section{\textsl{Hardware} y \textsl{Software}}
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\section{\textsl{Hardware} y \textsl{Software}}
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\label{sec:hw-sw}
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\label{sec:hw-sw}
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Las herramientas de \textsl{hardware} y \textsl{software} son comunes en el campo laboral de un Ingeniero Electrónico. Si bien el profesional Electrónico puede ejercer su actividad en diferentes ámbitos industriales, siempre requerirá el conocimientos de diseño de sistemas físicos como también interactuar con programas informáticos. Seguramente el desenvolvimiento del Ingeniero Electrónico de décadas anteriores contaba con otras herramientas y lograba desarrollarse con éxito en su profesión pues así lo requería la Industria. Hoy la situación es distinta y quizá exista mucha bibliografía que detalle con mayor claridad esta observación, no es nuestra intensión comparar, simplemente poner en contexto la importancia del vínculo entre el mundo físico y los sistemas informáticos.
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Las herramientas de \textsl{hardware} y \textsl{software} son comunes en el campo laboral de un Ingeniero Electrónico. Si bien el profesional Electrónico puede ejercer su actividad en diferentes ámbitos industriales, siempre requerirá el conocimientos de diseño de sistemas físicos como también interactuar con programas informáticos. Seguramente el desenvolvimiento del Ingeniero Electrónico de décadas anteriores contaba con otras herramientas y lograba desarrollarse con éxito en su profesión pues así lo requería la Industria. Hoy la situación es distinta y se podría citar diversos materiales bibliográficos que detallen con mayor claridad esta observación. No es nuestra intensión comparar el perfil del profesional de unas décadas atrás con el profesional de nuestro tiempo, simplemente nos interesa poner en contexto la importancia del vínculo entre el mundo físico y los sistemas informáticos.
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El nombre del proyecto, \emph{Plataforma de Hardware Reconfigurable}, hace referencia al diseño de placas electrónicas que presentan la posibilidad de reconfigurar su estructura interna y así sintetizar diferentes arquitecturas diseñadas por el usuario, aquí es donde toma importancia en definirla \emph{Hardware Reconfigurable}. Pero a medida que se avance en la lectura del presente informe se podrá notar la importancia que representa el \textsl{software} en el proyecto.
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El nombre del proyecto, \emph{Plataforma de Hardware Reconfigurable}, hace referencia al diseño de placas electrónicas que presentan la posibilidad de reconfigurar su estructura interna y así sintetizar diferentes arquitecturas diseñadas por el usuario, aquí es donde toma importancia en definirla \emph{Hardware Reconfigurable}. Pero a medida que se avance en la lectura del presente informe se podrá notar la importancia que representa el \textsl{software} en el proyecto.
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Actualmente en el mercado de las plataformas educativas de sistemas embebidos existe verdaderamente una enorme variedad de excelentes productos. Cada uno de estos desarrollos se encuentran orientados a un determinado grupo de usuarios pero la mayoría de estos diseños tienen recursos de \textsl{hardware} en común:
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Actualmente en el mercado de las plataformas educativas de sistemas embebidos existe verdaderamente una enorme variedad de excelentes productos. Cada uno de estos desarrollos se encuentran orientados a un determinado grupo de usuarios pero la mayoría de estos diseños tienen recursos de \textsl{hardware} en común:
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\begin{itemize}
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\item Dispositivo principal de proceso (\textsl{hardware})
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\item Dispositivo principal de proceso (\textsl{hardware})
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\item Puerto de programación y depuración (\textsl{debugging})
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\item Puerto de programación y depuración (\textsl{debugging})
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\item Periféricos
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\item Periféricos
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\item Herramientas de \textsl{software}
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\item Herramientas de \textsl{software}
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\end{itemize}
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\end{itemize}
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A la hora de determinar que plataforma se pretende adquirir se debe realizar un análisis de los requerimientos de la implementación y obviamente tener con que presupuesto se dispone. La mayoría de las plataformas comerciales son adquiridas con la finalidad de realizar \emph{prototipos} que permitan clarificar y definir un desarrollo final funcional. Persiguiendo el mismo fin pero en el ámbito académico, el perfil de la plataforma debe ofrecer los recursos físicos estratégicamente necesarios para el avance tecnológico de la región. De esta forma permitirá que los profesionales formados puedan implementar nuevas tecnologías en la industria local.
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A la hora de determinar que plataforma se pretende adquirir se debe realizar un análisis de los requerimientos de la implementación y tener una referencia del presupuesto con el que se dispone. La mayoría de las plataformas comerciales son adquiridas con la finalidad de realizar \emph{prototipos} que permitan clarificar y definir un desarrollo final funcional. Persiguiendo el mismo fin pero en el ámbito académico, el perfil de la plataforma debe ofrecer los recursos físicos estratégicamente necesarios para el avance tecnológico de la región. De esta forma permitirá que los profesionales formados puedan implementar nuevas tecnologías en la industria local.
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\section{PHR (Plataforma de Hardware Reconfigurable)}
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\section{PHR (Plataforma de Hardware Reconfigurable)}
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\label{sec:phr-intro}
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\label{sec:phr-intro}
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La plataforma PHR se presenta como una herramienta para las prácticas en las Cátedras del área de Técnicas Digitales. Su estructura está basada en la caracterización planteada en la Sección \ref{sec:hw-sw}. Es decir, la PHR presenta básicamente un Dispositivo Lógico Programable (PLD, siglas en inglés) al cual se tendrá acceso para sintetizar arquitecturas digitales implementadas mediante el uso de Lenguajes Descriptivos de Hardware (HDL, siglas en inglés). Anexo a este dispositivo central se dispone de una memoria de programación donde se almacenará la arquitectura implementada. Estos se accede mediante un puerto de programación estándar denominado JTAG. Además se ofrece dispositivos periféricos que permiten comunicarse al exterior de la placa mediante un puerto de comunicación serial, pulsadores, llaves, indicadores LEDs y display de 7 segmentos. Toda la energía necesaria es proporcionada por una fuente de alimentación capaz de ofrecer tanto los niveles de potencia necesarios para el dispositivo central y sus periféricos, como así también controlar los requerimientos de encendido del dispositivo central (cuestión que se verá en detalle en Capítulos posteriores).
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La plataforma PHR se presenta como una herramienta para las prácticas en las Cátedras del área de Técnicas Digitales. Su estructura está basada en la caracterización planteada en la Sección \ref{sec:hw-sw}. Es decir, la PHR presenta básicamente un Dispositivo Lógico Programable (PLD, siglas en inglés) al cual se tendrá acceso para sintetizar arquitecturas digitales implementadas mediante el uso de Lenguajes Descriptivos de Hardware (HDL, siglas en inglés). Anexo a este dispositivo central se dispone de una memoria de programación donde se almacenará la arquitectura implementada. Estos se acceden mediante un puerto de programación estándar denominado JTAG. Además se ofrecen distintos periféricos que permiten la comunicación con el exterior de la placa mediante: puerto serial (RS-232), pulsadores, llaves, indicadores LEDs y display de 7 segmentos de 4 dígitos y entradas/salidas de propósitos generales. Toda la energía necesaria es proporcionada por una fuente de alimentación capaz de ofrecer tanto los niveles de potencia necesarios para el dispositivo central y sus periféricos, como así también controlar los requerimientos de encendido del dispositivo central (cuestión que se verá en detalle en Capítulos posteriores).
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La principal herramienta de \textsl{software} que complementa a la plataforma PHR es el encargado de reconfigurar el dispositivo central mediante el puerto JTAG. Se presentaron varias alternativas de \textsl{software} que pudieran ser útiles en el proceso de programación tanto libres como privativos. Más adelante se describirá con detalles cada una de estas variantes y se justificará la seleccionada.
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La principal herramienta de \textsl{software} que complementa a la plataforma PHR es la encargada de reconfigurar el dispositivo central mediante el puerto JTAG.
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%------ NOMENCLATURA / ABREVIATURAS
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%------ NOMENCLATURA / ABREVIATURAS
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\nomenclature[z-pld]{PLD}{\textsl{Programmable Logic Device}} % first letter Z is for Acronyms
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\nomenclature[z-pld]{PLD}{\textsl{Programmable Logic Device}} % first letter Z is for Acronyms
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\nomenclature[z-hdl]{HDL}{\textsl{Hardware Description Language}}
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\nomenclature[z-hdl]{HDL}{\textsl{Hardware Description Language}}
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\nomenclature[z-jtag]{JTAG}{\textsl{Joint Test Action Group}}
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\nomenclature[z-jtag]{JTAG}{\textsl{Joint Test Action Group}}
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\section{Licencia Libre}
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\section{Licencia Libre}
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\label{sec:lic-libre}
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\label{sec:lic-libre}
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El proyecto se encuentra distribuido en con licencias Libres, para ser más exactos \emph{GNU General Public License Version 3 (GPLv3)}. Lo que permitirá que cualquier persona pueda acceder a la documentación como así también los esquemáticos y códigos (\textsl{scripts}) que se ha desarrollado. La mayoría de las referencias utilizadas en el desarrollo de la plataforma PHR han sido de otros proyectos que cuentan con licencias similares a la GPLv3. Esta decisión se toma principalmente por una cuestión legal pero también para darle un valor y divulgación a estos diseños que tienen objetivos similares a lo que aquí se pretende lograr con la PHR.
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El proyecto se encuentra distribuido en con licencias libres, para ser más exactos \emph{GNU General Public License Version 3 (GPLv3)} y \emph{Creative Commons Attribution 4.0 International}. Esto permitirá que cualquier persona pueda acceder a la documentación como así también los esquemáticos y códigos (\textsl{scripts}) que se han desarrollado. La mayoría de las referencias utilizadas en el desarrollo de la plataforma PHR han sido de otros proyectos que cuentan con licencias similares.
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La decisión de especificar la licencia del desarrollo no solo es por una cuestión legal, sino también para darle \emph{valor} y \emph{divulgación} a estos diseños que tienen objetivos similares a lo que aquí se pretende lograr con la PHR.
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De esta manera el proyecto formará parte de otros diseños similares que se encuentran distribuidos en la comunidad electrónica en forma libre o abiertas. Si bien hay desarrollos similares en otras Universidades del mundo, se pretende incentivar a que los estudiantes de esta región no solo tengan acceso a esta tecnología, sino también que se atrevan a realizar modificaciones y aportes a la plataforma PHR.
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De esta manera el proyecto formará parte de otros diseños similares que se encuentran distribuidos en la comunidad electrónica en forma libre o abiertas. Si bien hay desarrollos similares en otras Universidades del mundo, se pretende incentivar a que los estudiantes de esta región no solo tengan acceso a esta tecnología, sino también que se atrevan a realizar modificaciones y aportes a la plataforma PHR.
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\nomenclature[z-gnu]{GNU}{\textsl{GNU's Not Unix}}
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\nomenclature[z-gnu]{GNU}{\textsl{GNU's Not Unix}}
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