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La constante evolución de los sistemas electrónicos (digitales y analógicos) exige la búsqueda de nuevas herramientas para la formación académica. En el caso del diseños de sistemas digitales una excelente alternativa es el uso placas de evaluación basadas en dispositivos lógicos programables (PLDs). En función de los requerimientos y necesidades académicas que demandan recursos de hardware, y las oportunidades concretas de desarrollar una plataforma ajustada a las necesidades planteadas es que se presenta una plataforma reconfigurable con especificaciones abiertas. Este diseño cuenta con una FPGA (Field Programmable Gate Array) que dispone de una gran cantidad de recursos internos para el uso en sistemas digitales avanzados, pero además cuenta con periféricos básicos con los que se puede interactuar en la implementación de sistemas digitales. El proyecto se publica en forma libre (licencia GPL) buscando incentivar a otras grupos académicos en la modificación y adaptación de este trabajo a sus necesidades como así también proponer mejoras en versiones futuras de la plataforma.
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La constante evolución de los sistemas electrónicos (digitales y analógicos) exige la búsqueda de nuevas herramientas para la formación académica. En el caso del diseños de sistemas digitales una excelente alternativa es el uso placas de evaluación basadas en dispositivos lógicos programables (PLDs). En función de los requerimientos y necesidades académicas que demandan recursos de hardware, y las oportunidades concretas de desarrollar una plataforma ajustada a las necesidades planteadas es que se presenta una plataforma reconfigurable con especificaciones abiertas. Este diseño cuenta con una FPGA (Field Programmable Gate Array) que dispone de una gran cantidad de recursos internos para el uso en sistemas digitales avanzados, pero además cuenta con periféricos básicos con los que se puede interactuar en la implementación de sistemas digitales. El proyecto se publica en forma libre (licencia GPL) buscando incentivar a otros grupos académicos en la modificación y adaptación de este trabajo a sus necesidades como así también proponer mejoras en versiones futuras de la plataforma.
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% IEEEtran.cls defaults to using nonbold math in the Abstract.
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% This preserves the distinction between vectors and scalars. However,
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\section{Introducción}
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\section{Introducción}
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Las áreas académicas vinculadas a la electrónica y la computación se encuentran en constante demanda de recursos educativos de hardware y software en virtud de potenciar los conocimientos de los estudiantes. En el caso de las tecnologías con poca difusión o implementación en la industria regional, la principal opción es la importación de plataformas educativas adquiridas a empresas destinadas a la manufacturación de sistemas embebidos. Estas plataformas comerciales se clasifican según su implementación por lo que no siempre cubren los requerimientos académicos. Por ejemplo, en el área de las técnicas digitales, los requerimientos de hardware para las cátedras iniciales difieren de las cátedras avanzadas. Esta situación presenta la oportunidad de desarrollar una plataforma a la medida de las necesidades de las instituciones académicas. Si se dispone de las especificaciones por parte de los docentes y la articulación de laboratorios y grupos de investigación, es posible obtener un desarrollo que cubra las expectativas y aliente a la producción regional de plataformas educativas en un marco de transferencia de tecnología.
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Las áreas académicas vinculadas a la electrónica y la computación se encuentran en constante demanda de recursos educativos de hardware y software en virtud de potenciar los conocimientos de los estudiantes. En el caso de las tecnologías con poca difusión o implementación en la industria regional, la principal opción es la importación de plataformas educativas adquiridas a empresas destinadas a la manufacturación de sistemas embebidos. Estas plataformas comerciales se clasifican según su implementación por lo que no siempre cubren los requerimientos académicos. Por ejemplo, en el área de las técnicas digitales, los requerimientos de hardware para las cátedras iniciales difieren de las cátedras avanzadas. Esta situación presenta la oportunidad de desarrollar una plataforma a la medida de las necesidades de las instituciones académicas. Si se dispone de las especificaciones por parte de los docentes y la articulación de laboratorios y grupos de investigación, es posible obtener un desarrollo que cubra las expectativas y aliente a la producción regional de plataformas educativas en un marco de transferencia de tecnología.
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En el proceso de aprendizaje de las Técnicas Digitales necesariamente se deben implementar los diseños digitales. Desde el Álgebra de Bool, con operaciones digitales simples, hasta la implementación de un microprocesador son prácticas comunes de los sistemas digitales lógicos y resulta fundamental su ejercitación para concluir el ciclo de enseñanza.
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En el proceso de aprendizaje de las Técnicas Digitales necesariamente se deben implementar los diseños digitales. Desde el Álgebra de Boole, con operaciones digitales simples, hasta la implementación de un microprocesador son prácticas comunes de los sistemas digitales lógicos y resulta fundamental su ejercitación para concluir el ciclo de enseñanza.
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Al comienzo de la década de los 90s surgieron varios trabajos donde se planteaba la necesidad de una plataforma educativa orientada a la implementación de diseños lógicos digitales basados en PLDs. Los principales demandantes eran diseñadores de arquitecturas de microprocesadores \cite{ASArev.1}, desarrollos que años anteriores resultaban dificultosos por el costo de la implementación en hardware. El avance en el proceso de integración de los circuitos integrados ha llevado a que se desarrollen plataformas más complejas que ofrecen una gran cantidad de recursos de hardware. Al día de hoy se han generado varios proyectos desarrollados por instituciones académicas \cite{FPGA-platform-CPU-design}\cite{Low-Cost-Interactive-Rapid-Prototyping}\cite{FPGA-Based-Experiment-Platform-for-Multi-Core-System}, otras con especificaciones abiertas \cite{Building-an-Evolvable-Low-Cost-HWSW-Platform}\cite{NetFPGA} y también con fines comerciales \cite{Port-Emb-Linux-XUP-Virtex-II.Dev-Board}. Todos estos trabajos tienen algunas características en común\footnote{La caracterización anterior no es un intento de generalizar a todas las plataformas educativas basadas en PLDs, pero sí resulta útil para definir el perfil de la plataforma que se describe en este trabajo.}:
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Al comienzo de la década de los 90s surgieron varios trabajos donde se planteaba la necesidad de una plataforma educativa orientada a la implementación de diseños lógicos digitales basados en PLDs. Los principales demandantes eran diseñadores de arquitecturas de microprocesadores \cite{ASArev.1}, desarrollos que años anteriores resultaban dificultosos por el costo de la implementación en hardware. El avance en el proceso de integración de los circuitos integrados ha llevado a que se desarrollen plataformas más complejas que ofrecen una gran cantidad de recursos de hardware. Al día de hoy se han generado varios proyectos desarrollados por instituciones académicas \cite{FPGA-platform-CPU-design}\cite{Low-Cost-Interactive-Rapid-Prototyping}\cite{FPGA-Based-Experiment-Platform-for-Multi-Core-System}, otras con especificaciones abiertas \cite{Building-an-Evolvable-Low-Cost-HWSW-Platform}\cite{NetFPGA} y también con fines comerciales \cite{Port-Emb-Linux-XUP-Virtex-II.Dev-Board}. Todos estos trabajos tienen algunas características en común\footnote{La caracterización anterior no es un intento de generalizar a todas las plataformas educativas basadas en PLDs, pero sí resulta útil para definir el perfil de la plataforma que se describe en este trabajo.}:
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\item El dispositivo lógico programable central es una FPGA
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\item El dispositivo lógico programable central es una FPGA
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En nuestra región las tecnologías PLD se encuentran integradas en varias líneas de investigación y desarrollos hace algunos años. Instituciones gubernamentales de defensa \cite{citedef-ref}, aeroespaciales, comunicaciones \cite{paper-dta-conae} están implementando dispositivos como FPGAs y CPLDs en sus sistemas electrónicos. Además existe una constante actualización por parte de las instituciones académicas en los programas analíticos de las carreras relacionadas a los sistemas embebidos \cite{act-curricula}.
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En nuestra región las tecnologías PLD se encuentran integradas en varias líneas de investigación y desarrollos hace algunos años. Instituciones gubernamentales de defensa \cite{citedef-ref}, aeroespaciales, comunicaciones \cite{paper-dta-conae} están implementando dispositivos como FPGAs y CPLDs en sus sistemas electrónicos. Además existe una constante actualización por parte de las instituciones académicas en los programas analíticos de las carreras relacionadas a los sistemas embebidos \cite{act-curricula}.
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La primera experiencia sobre el desarrollo de una plataforma orientada a la enseñanza de lógica programable ha sido realizada en el año 2006 \cite{paper-cudar}. En esta versión se trabajó con un CPLD de Xilinx, a éste se conectaron algunos periféricos simples necesarios para las cátedras de Técnicas Digitales.
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La primera experiencia sobre el desarrollo de una plataforma orientada a la enseñanza de lógica programable ha sido realizada en el año 2006 \cite{paper-cudar}. En esta versión se trabajó con un CPLD de Xilinx, a éste se conectaron algunos periféricos simples necesarios para las cátedras de Técnicas Digitales.
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El Instituto Nacional de Tecnología Industria impulsa un proyecto denominado FPGALibre \cite{fpgalibre}. Este proyecto busca desarrollar y brindar herramientas de software libre y diseños de hardware abiertos para trabajar con tecnologías FPGA \cite{fpgalibre-paper}. Dentro de este proyecto se destaca el desarrollo de una plataforma basada en una FPGA orientada a las áreas de educación y desarrollo de prototipos \cite{s3proto-mini}.
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El Instituto Nacional de Tecnología Industrial impulsa un proyecto denominado FPGALibre \cite{fpgalibre}. Este proyecto busca desarrollar y brindar herramientas de software libre y diseños de hardware abiertos para trabajar con tecnologías FPGA \cite{fpgalibre-paper}. Dentro de este proyecto se destaca el desarrollo de una plataforma basada en una FPGA orientada a las áreas de educación y desarrollo de prototipos \cite{s3proto-mini}.
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Las plataformas anteriormente nombradas son referencias de desarrollos nacionales usados en laboratorios universitarios. Sin embargo, la mayoría de las plataformas de evaluación comerciales son fabricadas en el exterior del país.
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Las plataformas anteriormente nombradas son referencias de desarrollos nacionales usados en laboratorios universitarios. Sin embargo, la mayoría de las plataformas de evaluación comerciales son fabricadas en el exterior del país.
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Considerando la situación expuesta es que se impulsa el desarrollo de la Plataforma de Hardware Reconfigurable (PHR). Esta plataforma es un proyecto a medida de las necesidades en la enseñanza de los sistemas digitales lógicos en las cátedras iniciales. Ofrece recursos básicos para que los estudiantes interactúen con la tecnología de los dispositivos PLDs, pero también dispone de puertos para conectar otros recursos físicos permitiendo que estudiantes avanzados puedan hacer uso de ellas sin limitaciones. Al ser publicado bajo licencia libre/abierta permitirá que el diseño, o parte de él, sirva como referencia a otras instituciones académicas que se encuentren en búsqueda de una plataforma para implementar en sus diferentes cátedras.
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Considerando la situación expuesta es que se impulsa el desarrollo de la Plataforma de Hardware Reconfigurable (PHR). Esta plataforma es un proyecto a medida de las necesidades en la enseñanza de los sistemas digitales lógicos en las cátedras iniciales. Ofrece recursos básicos para que los estudiantes interactúen con la tecnología de los dispositivos PLDs, pero también dispone de puertos para conectar otros recursos físicos permitiendo que estudiantes avanzados puedan hacer uso de ellas sin limitaciones. Al ser publicado bajo licencia libre/abierta permitirá que el diseño, o parte de él, sirva como referencia a otras instituciones académicas que se encuentren en búsqueda de una plataforma para implementar en sus diferentes cátedras.
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La modularidad de las diferentes placas, en contraste con el párrafo anterior, presenta la desventaja del costo en la fabricación de los PCBs.
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La modularidad de las diferentes placas, en contraste con el párrafo anterior, presenta la desventaja del costo en la fabricación de los PCBs.
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El proyecto se realizó en su totalidad con herramientas de software libre/abiertas. Por cada etapa del desarrollo se buscó alternativas libres que cubrieran los requerimientos del caso. Se tenía referencias sobre proyectos de las mismas envergadura pero la plataforma PHR requería nuevas tecnologías a implementar que han sido resueltas con herramientas desarrolladas por la comunidad de software/ hardware libre/abierto.
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El proyecto se realizó en su totalidad con herramientas de software libre/abiertas. Por cada etapa del desarrollo se buscó alternativas libres que cubrieran los requerimientos del caso. Se tenía referencias sobre proyectos de las mismas envergadura pero la plataforma PHR requería nuevas tecnologías a implementar que han sido resueltas con herramientas desarrolladas por la comunidad de software/ hardware libre/abierto.
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La transferencia del desarrollo se encuentran en ejecución. Se realiza tareas conjuntas con la formación del personal a cargo del Laboratorio donde se instalarán las plataformas. En principio se tiene una plataforma funcional e instalada sin problema alguno.
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La transferencia del desarrollo se encuentran en ejecución. Se realizan tareas conjuntas con la formación del personal a cargo del Laboratorio donde se instalarán las plataformas. En principio se tiene una plataforma funcional e instalada sin problema alguno.
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\section*{Agradecimientos}
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\section*{Agradecimientos}
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Los autores quieren agradecer a los docentes de las cátedras de Técnicas Digitales I y IV de la Facultad Regional Córdoba -- Universidad Tecnológica Nacional (UTN -- FRC). Sus aportes en el planteo y desarrollo de la PHR han sido de gran ayuda. Además se agradece a todos los estudiantes que han participado en las diferentes etapas de desarrollo de la plataforma. Agradecemos a los responsables del Centro Universitario de Desarrollo en Automoción y Robótica (CUDAR) por permitir realizar este proyecto en su espacio como también el soporte técnico recibido. Al personal del Laboratorio de Técnicas Digitales e Informática de la (UTN -- FRC) por formar parte de la transferencia. Por último también agradecer a la Agencia para el Desarrollo Económico de la ciudad de Córdoba (ADEC) por financiar parte del proyecto.
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Los autores quieren agradecer a los docentes de las cátedras de Técnicas Digitales I y IV de la Facultad Regional Córdoba -- Universidad Tecnológica Nacional (UTN -- FRC). Sus aportes en el planteo y desarrollo de la PHR han sido de gran ayuda. Además se agradece a todos los estudiantes que han participado en las diferentes etapas de desarrollo de la plataforma. Agradecemos a los responsables del Centro Universitario de Desarrollo en Automoción y Robótica (CUDAR) por permitir realizar este proyecto en su espacio como también el soporte técnico recibido. Al personal del Laboratorio de Técnicas Digitales e Informática de la (UTN -- FRC) por formar parte de la transferencia. Por último también agradecer a la Agencia para el Desarrollo Económico de la ciudad de Córdoba (ADEC) por financiar parte del proyecto.
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