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%*********************************** Second Chapter **************************************
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\chapter{Conceptos Teóricos}
\label{chap:conceptos-teo}
 
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%La \emph{electrónica} ha revolucionado del siglo XX y sigue siendo un impacto en el siglo XXI. El nacimiento y subsecuente crecimiento de la industria de la computación, la creación del teléfono móvil y la \emph{digitalización} de los servicios de televisión y radio son ejemplos de grandes logros tecnológicos que la electrónica ha ofrecido. En las décadas de 1970 y 1980, los sistemas electrónicos se encontraban compuestos de componentes estándares como microprocesadores y varios circuitos integrados (\textsl{Integrated Circuits}, ICs), todo esto sobre una placa de circuitos impresos (\textsl{Print Circuit Boards}, PCBs. Como el nivel de integración creció, el proceso de fabricación de los PCBs se convirtió cada vez más complejo. Esto se debió al incremento de transistores y pines de entrada/salida que implicó el uso de placas multi-capas, logrando desarrollar placas con hasta 20 capas. Así, la probabilidad de conexiones de componentes en forma incorrecta aumentó, particularmente la posibilidad de diseñar con éxitos y probar un sistema en forma funcional antes de ingresar a un proceso de producción. 
 
\section{Dispositivos Lógicos Programables}
\label{sec:fund-pld}
 
Los \emph{Dispositivos Lógicos Programables} (PLDs) fueron introducidos a medidos de 1970s. La idea era construir circuitos lógicos combinacionales que fueran \emph{programables}. Contrariamente a los microprocesadores, los cuales pueden \emph{correr} un programa sobre un hardware \emph{fijo}, la programabilidad de los PLDs hace referencia a niveles de \emph{hardware}. En otras palabras, un PLD es un chip de \emph{propósitos generales} cuyo \emph{hardware} puede ser reconfigurado dependiendo de especificaciones particulares del programador\cite{RefPLDs1}.
 
EL primer PLD se llamaba PAL (\textsl{Programmable Array Logic}). Estos dispositivos disponían solo de compuertas lógicas (no tenían flip-flop), por lo que solo permitía la implementación de circuitos \emph{combinacionales}. Para salvar este problema, Los \emph{\textsl{registered}} PLDs  fueron lanzados pocos después, los cuales incluían un flip-flop por cada salida del circuito. Con esta versión de los PAL, se podría implementar funciones \emph{secuenciales} simples.
 
En el comienzo de 1980s, se agregaba más circuitos lógicos adicionales a la salida  de los PLD. Este circuito de salida se lo identificaba como celda, llamado también \emph{Microcelda}, que contenía (además de flip-flop) compuertas lógicas y multiplexores. Por otra parte, la celda era reprogramable, permitiendo varios modos de operación. Además, se podía proveer una señal de retorno (\textsl{feedback}) desde la salida del circuito a la lógico principal de la PAL, lo que le daba mayor flexibilidad a estos dispositivos reprogramables. Esta nueva estructura era llamada \emph{\textsl{generic PAL}} o GAL. Una arquitectura de dispositivo similar fue conocido como PALCE (\textsl{PAL CMOS Electrically erasable/programmable}).
 
Todos estos chips (PAL, \textsl{registered} PLD, y GAL/PALCE) son ahora categorizados como SPLDs (\textsl{Simple} PLDs). Los dispositivos  GAL/PALCE son los únicos fabricados aún en una encapsulado independiente.
 
Luego, varios dispositivos GAL fueron fabricados en un solo chip, usando un esquema de direccionamiento más sofisticado, mayor tecnología en su fabricación, y varias características adicionales (como soporte JTAG e interfaces para varios estándares lógicos). Esta nueva propuesta se la conoció como CPLD (\textsl{Complex} PLD). Los CPLDs son actualmente muy populares debido a su alta densidad, funcionalidad, y bajo costo.
 
Finalmente, a mediados de 1980s, las FPGA (\textsl{Field Programmable Gate Array}) fueron introducidos al mercado de los IC. Las FPGAs diferían de los CPLDs en su arquitectura. tecnología, recursos internos, y costo. Estos dispositivos tenían como principal objetivo su implementación en diseños de gran requerimientos en recursos de hardware como así también un alto rendimiento. 
 
Un pequeño resumen de los diferentes dispositivos PLDs se puede observar en la Tabla \ref{tab:evo-plds}.
 
\begin{table}[h]
  \centering
  \begin{tabular}[h]{|c|ll|}
    \hline
    \multirow{5}{*}{PLDs} & \multirow{3}{*}{Sample PLD (SPLD)} & \multicolumn{1}{|l|}{PAL} \\
                          &                                    & \multicolumn{1}{|l|}{Registered PAL} \\
                          &                                    & \multicolumn{1}{|l|}{GAL} \\ \cline{2-3}
                          & Complex PLD (CPLD)                 &                           \\ \cline{2-3}
                          & FPGA                               &                           \\ 
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Evolución de los PLDs.}
  \label{tab:evo-plds}
\end{table}
 
Por último, todos los PLDs (\textsl{simple} o \textsl{complex}) son no volátiles. Estos puede ser OTP (\textsl{One-Time Programmable}), en la que pequeños fusibles electrónicos son usados para la reprogramación, de igual forma que las EEPROM o memorias Flash. Las FPGAs, por otra lado, son en su mayoría volátiles. Para estas últimas se deben usar dispositivos externos para cargar las conexiones. 
 
%Actualmente los dispositivos más utilizados son los CPLDs y FPGAs. De estas dos tecnología, se optó por trabajar con las FPGAs pues, como bien se dijo antes, cuentan con mayor recursos de \textsl{hardware} que los CPLDs. Lo que permitirá dar un mayor margen a los desarrollos digitales que se quieran implementar. Se detallará con mayor profundidad la tecnología y estructura de las FPGAs.
 
\section{SPLDs}
\label{sec:fund-pld-spld}
 
Como se mencionó anteriormente, los dispositivos  PAL, PLA y GAL se clasifican como los \textsl{Simple} PLD (SPLDs). Una descripción de las arquitecturas de cada uno de estos dispositivos se presenta a continuación.
 
\subsection{PALs}
\label{sec:fund-pld-spld-pal}
 
Los \textsl{Programmable Array Logic} (PAL) son introducidos por Monolithic Memories Inc. a mediados de 1970. Su arquitectura básica se ilustra en la Figura \ref{fig:pal-arch}, donde se representa con un pequeño círculo las conexiones programables. Como puede verse, el  circuito esta compuesto de un arreglo de compuertas AND \emph{programables}, seguido por un arreglo \emph{fijo} de compuertas OR.
 
La implementación de la Figura \ref{fig:pal-arch} se basa en que cualquier función combinacional puede ser representada como una Suma de Productos (SOP); es decir, si $a_1$, $a_2$, $\cdots$, $a_N$ son las entradas lógicas, entonces cualquier salida combinacional $x$ puede ser compuesta como
\begin{equation}
  \label{eq:sop}
  x = m_1 + m_2 + \cdots + m_M \text{ ,}
\end{equation}
donde $m_i = f_1\left(a_1,a_2,\cdots,a_N\right)$ son los términos mínimos de la función $x$. Por ejemplo
\begin{equation}
  \label{eq:sop-2}
  x = a_1\bar{a}_2 + a_2a_3\bar{a}_4 + \bar{a}_1\bar{a}_2a_3a_4\bar{a}_5
\end{equation}
 
Por lo tanto, el producto (términos mínimos) puede ser obtenido por medio de las compuertas AND, cuya salidas están conectadas a una compuerta OR para calcular su suma.
 
\begin{figure}
  \centering
  \includegraphics[width=0.5\textwidth]{PAL}
  \caption{Arquitectura básica de una PAL.}
  \label{fig:pal-arch}
\end{figure}
 
La principal limitación de esta arquitectura es el hecho de que solo permite la implementación de funciones combinacionales solamente. Para solucionar este problema, las \textsl{registered} PALs fueron lanzadas a fines de la década de 1970s. Estas incluían un flip-flop en cada salida (luego de la compuerta OR en la Figura \ref{fig:pal-arch}), de esta manera permitió la implementación de funciones secuenciales (aunque muy simples).
 
La primeras tecnologías empleadas en la fabricación de los dispositivos PALs fue bipolar, con una tensión de alimentación de 5V y un consumo de corriente al rededor de 200mA. La máxima frecuencia rondaba los 100Mhz, y las celdas programables eran de PROM (\textsl{fuse links}) o EPROM (con un tiemp de borrado de 20min. UV).
 
\subsection{PLAs}
\label{sec:fund-pld-spld-pla}
 
Los PLA (\textsl{Programmable Logic Array}) fueron introducidos a mediados de 1970s (por Signetics Inc.). La arquitectura básica de un PLA se ilustra simbólicamente en la Figura \ref{fig:pla-arch}. Si comparamos esta arquitectura con la Figura \ref{fig:pal-arch}, se observa que la única diferencia fundamental entre estos es que mientras una PAL tiene compuertas AND programables y otras compuertas OR fijas, en el caso de las PLA \emph{ambas} (las compuertas AND y OR) son programables. De esta manera se logra una ventaja en la flexibilidad del diseño. Sin embargo, se presentan elevados tiempos de retardos en los nodos de conexión internos que reducen la velocidad de funcionamiento del circuito.
 
\begin{figure}
  \centering
  \includegraphics[width=0.5\textwidth]{PLA}
  \caption{Arquitectura básica de una PLA.}
  \label{fig:pla-arch}
\end{figure}
 
La tecnología que se empleó en la fabricación de las PLAs fue la misma que en el caso de las PALs. Aunque las PLAs se encuentran obsoletas actualmente, estos han reaparecido como parte de las arquitecturas de las primeras familias de los CPLDs de baja potencia, como por ejemplo la familia de los \emph{CoolRunner} (de Xilinx Inc.).
 
\subsection{GALs}
\label{sec:fund-pld-spld-gal}
 
La arquitectura de las GAL (\textsl{Generic} PAL) fueron introducidas por Lattice Inc. en los comienzos de 1980s. Este contenía varias mejoras sobre los primeros dispositivos PALs:
\begin{enumerate}
\item Se construyeron sealidas más sofisticadas de las celdas (\emph{Macrocell}), las que incluían, además de flip-flop, varias compuertas y multiplexores.
\item Las Macrocell eran programables, permitiendo varios modos de operación.
\item Una señal de ``retorno'' desde la salida a la Marocell al arreglo reprogramable se incluyó, confiriendo al circuito mayor versatilidad.
\item Se utilizaron EEPROM en lugar de la PROM o EPROM.
\end{enumerate}
Como se mencionó, la GAL es el único SPLD que todavía es fabricado en un encapsulado estándar. Además, éste también sirvió como parte en la construcción de la mayoría de los CPLDs.
 
La Figura \ref{fig:gal-arch} muestra un ejemplo de un dispositivo GAL, el GAL16V8. Este circuito cuenta con 16 entradas y 8 salidas, en un \textsl{package} de 20 pines. En cada salida hay una Macrocell (luego de la compuerta OR), que contiene, además del flip-flop, compuertas lógicas y multiplexores. Las interconexiones programables son representadas por pequeños círculos. Una señal de realimentación desde la Macrocell al arreglo programable puede también ser observado. Notar que esta arquitectura se asemeja directamente a la de la PAL (Figura \ref{fig:pal-arch}), excepto por la presencia de una macrocell en cada salida y la señal de realimentación.
 
\begin{figure}
  \centering
  \includegraphics[width=0.9\textwidth]{GAL}
  \caption{Dispositivo GAL 16V8.}
  \label{fig:gal-arch}
\end{figure}
 
Actualmente los dispositivos GALs usan tecnología CMOS, alimentados a 3.3V, tecnología EEPROM o Flash, y alcanzan frecuencias máximas que rondan los 250Mhz. Varias compañías fabrican estos dispositivos (Lattice, Atmel, Texas Instruments, etc.).
 
\section{CPLDs}
\label{sec:fund-pld-cpld}
 
La estructura fundamental en la arquitectura de los CPLDs se ilustra en la Figura \ref{fig:cpld-arch}. Como se puede ver, este consiste en varios PLDs (en general del tipo GAL) con una matriz de \textsl{switches} programables usadas para conectarlos todos juntos a al bloque de entrada y salida. Además, los CPLDs contiene normalmente otras características, como soporte JTAG e interfaz a otros estándares lógicos (1.8V, 2.5V, 5V, etc.).
 
\begin{figure}
  \centering
  \includegraphics[width=0.4\textwidth]{CPLD}
  \caption{Arquitectura básica de un CPLD.}
  \label{fig:cpld-arch}
\end{figure}
 
Son varias las compañías que fabrican CPLDs, entre las más reconocidas tenemos Xilinx, Altera, Lattice, Atmel, Cypress, etc. En las Tablas \ref{tab:char-cpld-xilinx} y \ref{tab:char-cpld-altera} se disponen de las características de dos CPLDs, Xilinx y Altera. Como puede verse, más ade 500 Macrocells y más de 10000 compuertas pueden encontrarse en estos dispositivos. 
 
\begin{table}%[h]
  \centering
  {\footnotesize
    \begin{tabular}[c]{|m{0.2\textwidth}|m{0.2\textwidth}|m{0.2\textwidth}|m{0.2\textwidth}|}%{|l|l|l|l|}
      \hline
      Familia & \textbf{XC9500 (XVm, XL)} & \textbf{CoolRunner XPLA3} & \textbf{CoolRunner II} \\ 
      \hline
      Macrocell & 36 -- 288 & 32 -- 512 & 32 -- 512 \\
      \hline
      \textsl{System gates} & 800 -- 6,400 & 750 -- 12,000 & 750 -- 12,000 \\
      \hline    
      Pines I/O & 34 --192 & 36 -- 260 & 33 -- 270 \\
      \hline
      Frec. máxima interna & 222 Mhz & 213 Mhz & 350 Mhz \\
      \hline
      \multirow{2}{*}{\textsl{Building Block}} & GAL 54V18 (XV, XL) & Bloques PLA & Bloques PLA \\
      & GAL 36V18 (--) & & \\
      \hline
      Voltaje & 2.5 V (XV), 3.3 V (XL), 5 V & 3.3 V & 1.8 V \\
      \hline
      Interconexiones & Flash & EEPROM & \\
      \hline
      Tecnología & 0.35 $\mu$ CMOS & 0.35 $\mu$ CMOS & 0.18 $\mu$ CMOS \\
      \hline
      Corriente estática & 11 -- 500 mA & < 0.1 mA & 22 $\mu$A -- 1 mA \\
      \hline
    \end{tabular}
  } % END \footnotesize{} segmentation
  \caption{Características de los CPLDs de Xilinx.}
  \label{tab:char-cpld-xilinx}
\end{table}
 
\begin{table}%[h]
  \centering
  {\footnotesize
    \begin{tabular}[c]{|m{0.2\textwidth}|m{0.2\textwidth}|m{0.2\textwidth}|m{0.2\textwidth}|}%{|l|l|l|l|}
      \hline
      Familia & \textbf{MAX7000 (B, AE, S)} & \textbf{MAX3000 (A)} & \textbf{MAX II (G)} \\ 
      \hline
      \multirow{2}{*}{Macrocell /} & 32 -- 512 macrocells & 32 -- 512 macrocells & 192 -- 1,700 macrocells \\
      LUTs & & & 240 -- 2,210 LUTs \\
      \hline
      \textsl{System gates} & 600 -- 10,000 & 600 -- 10,000 & \\
      \hline    
      Pines I/O & 32 --512 & 34 -- 208 & 80 -- 272 \\
      \hline
      Frec. máxima interna & 303 Mhz & 227 Mhz & 304 Mhz \\
      \hline
      Voltaje & 2.5 V (B), 3.3 V (AE), 5 V (S) & 3.3 V & 1.8 V (G), 2.5 V, 3.3 V \\
      \hline
      Interconexiones & EEPROM & EEPROM & Flash + SRAM \\
      \hline
      \multirow{2}{*}{Tecnología} & 0.22 $\mu$ CMOS EEPROM & 0.3 $\mu$ & 0.18 $\mu$ \\
      & 4 capas de metal (7000 B) & 4 capas de metal & 6 capas de metal \\
      \hline
      Corriente estática & 9 -- 450 mA & 9 -- 150 mA & 2 --50 mA \\
      \hline
    \end{tabular}
  } % END \footnotesize{} segmentation
  \caption{Características de los CPLDs de Altera.}
  \label{tab:char-cpld-altera}
\end{table}
 
\section{FPGAs}
\label{sec:fund-pld-fpga}
 
Las FPGAs fueron introducidas al mercado por la empresa Xilinx Inc. a mediados de 1980s. Estos dispositivos se diferencian de los CPLDs en su arquitectura, tecnología de almacenamiento, funcionalidades integradas, y costo, y además están orientadas a la implementación de altos rendimientos y grandes tamaños en lo que se refiere a recursos de hardware.
 
La arquitectura básica de una FPGA se ilustra en la Figura \ref{fig:fpga-arch}. Esta consiste de una matriz de \emph{CLBs} (\textsl{Configurable Logic Blocks}), interconectados por un arreglo de matrices de conmutadores (\emph{\textsl{Switch Matrix}}). Para caracterizar con más detalle estos dispositivo se debe recurrir a la información de los fabricantes, donde además se puede disponer de un interfaz JTAG a diversos niveles lógicos, otra funcionalidad como memorias SRAM, multiplicadores de clock (PLL o DLL), interfaz PCI, etc. Algunos chips también incluyen bloques dedicados como multiplicadores, DPSs, y microprocesadores.
 
\begin{figure}
  \centering
  \includegraphics[width=0.4\textwidth]{fpga_arch}
  \caption{Arquitectura básica de una FPGA.}
  \label{fig:fpga-arch}
\end{figure}
 
Las FPGAs puede ser muy sofisticadas. La fabricación de chips con una tecnología CMOS de 90 nm., con nueve capas ed cobre y mas de 1000 pines de I/O, se encuentran actualmente disponible en el mercado. Algunos ejemplos de los empaquetados (\textsl{package}) de las FPGAs son ilustrados en la Figura \ref{fig:pkg-fpga}, en los cuales se puede apreciar uno de los \textsl{package} más pequeños (Fig. \ref{fig:pgk-fpga-vq100}) con 100 pines, un \textsl{package} de tamaño mediano (Fig. \ref{fig:pgk-fpga-csg324}) de 324 pines, y uno de los grandes \textsl{package} con 1156 pines (Fig. \ref{fig:pgk-fpga-ffg1156}.
 
\begin{figure}
  \centering
  \subfloat[\footnotesize{\textsl{Package} VQ100}]{\label{fig:pgk-fpga-vq100}\includegraphics[width=0.25\textwidth]{pkg100}}
  \qquad
  \subfloat[\footnotesize{\textsl{Package} CSG324}]{\label{fig:pgk-fpga-csg324}\includegraphics[width=0.25\textwidth]{pkg356}}
 \qquad
  \subfloat[\footnotesize{\textsl{Package} FFG1156}]{\label{fig:pgk-fpga-ffg1156}\includegraphics[width=0.25\textwidth]{pkg1156}}
  \caption{Diferentes \textsl{package} de las FPGAs comerciales.}
  \label{fig:pkg-fpga}
\end{figure}
 
Varias compañías fabrican FPGAs, como Xilinx., Actel, Altera, QuickLogic, Atmel, etc. Ejemplo de dos fabricantes (Xilinx y Actel) se disponen en las Tablas \ref{tab:char-fpga-xilinx} y \ref{tab:char-fpga-actel}. Como puede verse, estos dispositivos pueden contener miles de flip-flops y varios millones de compuertas lógicas.
 
\begin{table}%[h]
  \centering
  {\footnotesize
    \begin{tabular}[c]{|m{0.1\textwidth}|m{0.1\textwidth}|m{0.1\textwidth}|m{0.1\textwidth}|m{0.1\textwidth}|m{0.1\textwidth}|m{0.1\textwidth}|m{0.1\textwidth}|}
      \hline
      Familia & \textbf{Virtex II Pro} & \textbf{Virtex II} & \textbf{Virtex E} & \textbf{Virtex} & \textbf{Spartan 3} & \textbf{Spartan IIE} & \textbf{Spartan II} \\
      \hline
      CLBs & 352 -- 11.024 & 64 -- 11.648 & 384 -- 16.224 & 384 -- 6.144 & 192 -- 8.320 & 384 -- 3.456 & 96 -- 1.176 \\
      \hline
      Celdas Lógicas & 3.168 -- 125.136 & 576 -- 104.882 & 1.728 -- 73.008 & 1.728 -- 27.648 & 1.728 -- 74.880 & 1.728 -- 15.552 & 432 -- 5.292 \\
      \hline    
      \textsl{System gates} &  & 40k -- 8M & 72k -- 4M &  58k -- 1.1M & 50k -- 5M &  23k -- 600k & 15k -- 200k \\
      \hline
      Pines de I/O & 204 -- 1200 & 88 -- 1108 & 176 -- 804 & 180 -- 512 &  124 -- 784 & 182 -- 514 & 86 -- 284 \\
      \hline
      Flip-flops & 2.816 -- 88.192 & 512 -- 93.184 & 1.392 -- 64.896 & 1.392 -- 24.576 & 1.536 -- 66.560 & 1.536 -- 13.824 & 384 -- 4.704 \\
      \hline
      Frec. máxima interna & 547 MHz &  420 MHz &  240 MHz & 200 MHz &  326 MHz & 200 MHz & 200 MHz \\
      \hline
      Voltaje & 1.5 V & 1.5 V & 1.8 V & 2.5 V & 1.2 V & 1.8 V & 2.5 V \\
      \hline
      Inter\-conexiones & SRAM &  SRAM &  SRAM &  SRAM &  SRAM &  SRAM &  SRAM \\
      \hline
      \multirow{3}{*}{Tecnología} & 0.13 $\mu$m & .15 $\mu$m & 0.18 $\mu$m & 0.22 $\mu$m & 0.09 $\mu$m & & \\
      & 9 capas de cobre & 8 capas de metal & 6 capas de metal & 5 capas de metal & 8 capas de metal & & \\
      & CMOS & CMOS & CMOS & CMOS &CMOS & & \\
      \hline
      SRAM bits (Bloques de RAM) & 216k -- 8M & 72k -- 3M & 64k -- 832k & 32k -- 128k & 72k -- 1.8M & 32k -- 288k & 16k -- 56k \\
      \hline
    \end{tabular}
  } % END \footnotesize{} segmentation
  \caption{Características de FPGAs fabricadas por Xilinx.}
  \label{tab:char-fpga-xilinx}
\end{table}
 
\begin{table}%[h]
  \centering
  {\footnotesize
    \begin{tabular}[c]{|m{0.13\textwidth}|m{0.13\textwidth}|m{0.13\textwidth}|m{0.13\textwidth}|m{0.13\textwidth}|m{0.13\textwidth}|}
      \hline
      Familia & \textbf{Accelerator} & \textbf{ProASIC} & \textbf{MX} & \textbf{SX} & \textbf{eX} \\ 
      \hline
      Módulos lógicos & 2.016 -- 32.256 & 5.376 -- 56.320 & 295 -- 2.438 & 768 -- 6.036 & 192 -- 768 \\
      \hline
      \textsl{System gates} & 125k -- 2M & 75k -- 1M & 3k -- 54k & 12k -- 108k & 3k -- 12k \\
      \hline
      Pines de I/O & 168 -- 684 & 204 -- 712 &  57 -- 202 &  130 -- 360 & 84 -- 132 \\
      \hline
      Flip-flops & 1.344 -- 21.504 & 5.376 -- 26.880 & 147 -- 1.822 & 512 -- 4.024 & 128 -- 512 \\
      \hline
      Frec. máxima interna & 500 MHz &  250 MHz &  250 MHz & 350 MHz &  350 MHz \\
      \hline
      Voltaje & 1.5 V & 2.5 V, 3.3 V & 3.3 V, 5 V & 2.5 V, 3.3 V, 5 V & 2.5 V, 3.3 V, 5 V \\
      \hline
      Inter\-conexiones & \textsl{Antifuse} &  \textsl{Flash} &  \textsl{Antifuse} & \textsl{Antifuse} & \textsl{Antifuse}\\
      \hline
      \multirow{3}{*}{Tecnología} & 0.15 $\mu$m & .22 $\mu$m & 0.45 $\mu$m & 0.22 $\mu$m & 0.22 $\mu$m \\
      & 7 capas de metal & 4 capas de metal & 3 capas de metal &  &  \\
      & CMOS & CMOS & CMOS & CMOS &CMOS \\
      \hline
      SRAM bits & 29 k -- 339 k & 14 k -- 198 k & 2.56 k & n.a. & n.a. \\
      \hline
    \end{tabular}
  } % END \footnotesize{} segmentation
  \caption{Características de FPGAs fabricadas por Actel.}
  \label{tab:char-fpga-actel}
\end{table}
 
Nótese que todas las FPGAs de Xilinx usan SRAM para almacenar las interconexiones, por lo que son reprogramables, pero volátiles (es así que requieren de una ROM externa). en cambio, las FPGAs de Actel son no-volátiles (estos usan fusibles electrónicos), pero no son reprogramables (excepto una familia, la cual usa memoria \textsl{Flash}). Ya que cada enfoque tiene sus propias ventajas y desventajas, la aplicación real dictará cual arquitectura de chip es la apropiada.
 
\nomenclature[z-pal]{PAL}{\textsl{Programmable Array Logic}}         % first letter Z is for Acronyms 
\nomenclature[z-ff]{FF}{flip-flop, circuito que tiene dos estados estables y puede ser usado para almacenar información}
\nomenclature[z-palce]{PALCE}{\textsl{PAL CMOS Electrically erasable/programmable}}
\nomenclature[z-cpld]{CPLD}{\textsl{Complex Programmable Logic Device}}
\nomenclature[z-fpga]{FPGA}{\textsl{Field Programmable Gate Array}}
\nomenclature[z-eeprom]{EEPROM}{\textsl{Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory}}
\nomenclature[z-clb]{CLB}{\textsl{Configurable Logic Block}}
\nomenclature[z-sram]{SRAM}{\textsl{Static-RAM}}
\nomenclature[z-pll]{PLL}{\textsl{Phase-Locked Loop}}
\nomenclature[z-dll]{DLL}{\textsl{Delay-Locked Loop}}
\nomenclature[z-pci]{PCI}{\textsl{Peripheral Component Interconnect}}
\nomenclature[z-dsp]{DSP}{\textsl{Digital Signal Processor}}
 
 
\section{Lenguajes Descriptivos de \textsl{Hardware}}
\label{sec:fund-hdl}
 
La forma tradicional de diseñar circuitos digitales es dibujar diagramas lógicos que contengan compuertas (SSI) y funciones lógicos (MSI). Sin embargo, a fines de 1980s y comienzo de 1990s este proceso de diseño presentaba limitaciones como así algunos problemas. \emph{¿Como se puede dibujar diagramas esquemáticos que contienen cientos de miles o millones de compuertas?} Con la disponibilidad de los dispositivos lógicos programables para reemplazar sistemas donde se utilizaban integrados como los TTL, un nuevo enfoque para el diseño digital fue necesario. Las herramientas asistidas por computadoras son esenciales para diseñar circuitos digitales en la actualidad. Es claro que en las últimas décadas los ingenieros digitales de hoy diseñan sistemas digitales mediante la utilización de \textsl{software}! Esto es un importante cambio de paradigma del tradicional método empleado para el diseño de sistemas digitales\cite{Intro-Digital-Design}. 
 
Actualmente los diseñadores digitales usan \emph{Lenguajes Descriptivos de \textsl{Hardware}} (HDLs) para diseñar sistemas digitales. Los lenguajes más utilizados son \emph{VHDL} y \emph{Verilog}. Ambos lenguajes descriptivos permiten al usuario diseñar sistemas digitales mediante la escritura de código que describen el comportamiento de un circuito digital. Este código puede ser utilizado tanto para \emph{simular} la operación del circuito y \emph{sintetizar} también implementarse dicho circuito en un CPLD, una FPGA o en un circuito integrado de aplicaciones específica (ASCI).
 
\subsection{VHDL}
\label{sec:fund-hdl-vhdl}
 
El lenguaje VHDL surgió como parte de un programa norteamericano denominado \textsl{Very High Speed Integrated Circuits} (VHSIC), a comienzos de 1980. En el desarrollo de la ejecución de este programa surgió la necesidad de contar con un lenguaje que permita describir la estructura y funciones para los circuitos integrados (ICs). Es así que el VHSIC \textsl{Hardware Description Language} (VHDL) fue desarrollado. Luego la IEEE adoptaría como un lennguaje estándar en los Estados Unidos.
 
VHDL fue diseñado para cubrir necesidades el proceso de diseño. Primero, este lenguaje permite la descripción de la estructura de un diseño, de esta forma se puede descomponer en sub-diseños, y a la vez como estos sub-diseños se interconectan entre sí. Segundo, VHDL permite la especificación de la función de los diseños usando las formas del lenguaje de programación similares a otros lenguajes familiares. Tercero, permite a un diseño ser simulado antes de ser fabricado, por lo que los diseñadores puede rápidamente compara alternativas y probar correciones sin el retardo y espera de los prototipos en \textsl{hardware}.
 
\subsection{Verilog}
\label{sec:fund-hdl-verilog}
 
Verilog esta basado en el lenguaje de programación C en la estructura de la sintaxis pero la manera en la que se comporta es diferentes pues es un lenguaje descriptivo. Este formato permitió una rápida aceptación por parte de los diseñadores de \textsl{hardware}.
 
Con el incremento en el éxito de VHDL, Cadence decidió hacer el lenguaje abierto y disponible para estandarización. Cadence transfirió Verilog al dominio público a través de Open Verilog International, actualmente conocida como Accellera. Verilog fue después enviado a la IEEE que lo convirtió en el estándar IEEE 1364-1995, habitualmente referido como Verilog 95.
 
 
\nomenclature[z-ssi]{SSI}{\textsl{Small Scale Integration}}         % first letter Z is for Acronyms 
\nomenclature[z-msi]{MSI}{\textsl{Medium Scale Integration}}         % first letter Z is for Acronyms 
\nomenclature[z-ieee]{IEEE}{\textsl{Institute of Electrical and Electronics Engineers}}         % first letter Z is for Acronyms 
 
\section{Diseño de sistemas digitales}
\label{sec:fund-sist-digitales}
 
En el proceso de enseñanza de los sistemas digitales se requiere de recursos físicos que complementen el contenido teórico. En la carrera de ingeniería electrónica de nuestra casa de estudio, las técnicas digitales se clasifican en cuatro niveles:
 
\begin{description}
 
\item[Técnicas Digitales I] el contenido comprende conceptos desde el Álgebra de Boole, funciones lógicas, sistema de numeración, codificadores/decodificadores, circuitos secuenciales, manejo de lenguajes descriptivos de \textsl{hardware}.
 
\item[Técnicas Digitales  II ] Métodos de discretización, convertidores AD/DA, microprocesadores, microcontroladores.
 
\item[Técnicas Digitales III] Instrumentación virtual, adquisición y acondicionamiento de señales (DAQ), redes de computadoras, DSP, sistemas lineales (convolución, correlación/autocorrelación y Fourier), interpolación/decimación (ventanas: rectangular, Hanning, Hamming, Blackman, Kaiser), filtros digitales.
 
\item[Técnicas Digitales IV] Arquitecturas de lógicas programables, sistemas de diseño para PLDs, procesado y mecanismos de simulación del lenguajes VHDL, síntesis, modelado con VHDL.
\end{description}
 
 
La tecnología lógica programable (PLD) es desarrollada en dos de las cuatro cátedras del área de \emph{técnicas digitales}. A mediados de la década del 2000, se comenzó a introducir fuertemente la posibilidad de implementar los diseños digitales sobre dispositivos PLD. Lo que ha requerido la capacitación de los docentes sobre esta tecnología. El Centro Universitario de Desarrollo en Automoción y Robótica fue quién innovó sobre la formación de recursos humanos para la transferencia de conocimientos y desarrollos para los laboratorios. Tal es así la inserción y actualización del área que la cátedra electiva \emph{Técnicas Digitales IV} surgió no hace más de cuatro años. Estos recursos tecnológicos fueron paulatinamente incluidos en las cátedras.
 
 
\section{Influencia de la Programabilidad}
\label{sec:infl-program}
 
En muchos textos la ley de Moore es usada para destacar la evolución de la tecnología de silicio en la industria de los dispositivos semiconductores. Poro hay otro interesante punto de vista particularmente para los dispositivos PLDs, la \emph{onda de Makimoto} que fue publicada por primera vez en Enero de 1991 por la revista \textsl{Electronics Weekly} \cite{FPGA-based-imple-of-sps}. Este concepto se basa en la observación de Tsugio Makimoto quién notó que la tecnología se desplazaba entre la \emph{estandarización} y la \emph{personalización} (véase la Figura \ref{fig:makimoto-wave}). En el comienzo de la década de 1960s, un número de componentes estándares fueron desarrollados, llamados series lógicas 7400 (por Texas Instruments). Estos dispositivos servían para crear diversas aplicaciones digitales. Entrada la década de 1970s, la época de los dispositivos personalizados (LSI, siglas en inglés de \textsl{Low-Scape Integration}) comenzó a desarrollarse donde los chips eran creados para aplicaciones específicas como ser una calculadora. El chip fue incrementando su nivel de integración y así fue que nació el termino integración a media escala (MSI, siglas en inglés de \textsl{Medium-Scale Integration}). La evolución de los microprocesadores en la década de 1970s llevó a la estandarización de chips que fueran usados para un amplio rango de aplicaciones. Es entonces que en 1980s nació el ASIC (\textsl{Application-Specific Integrated Circuit}) donde el diseñador podría superar la limitación de la secuencialidad de los microprocesadores, quienes poseían varias limitaciones en aplicaciones en DSP (\textsl{Digital Signal Processing}) donde se requería un mayor nivel de cálculos. La aparición de la FPGA como un dispositivo con la capacidad de proporcionar recursos lógicos necesarios para conectar varios componentes entre sí llevo a que se conviertan en dispositivos populares. 
 
\begin{figure}
  \centering
  \includegraphics[width=0.8\textwidth]{makimoto-wave}
  \caption{Onda de Makimoto.}
  \label{fig:makimoto-wave}
\end{figure}
 
Se podría considerar la existencia de dos épocas de la \emph{programabilidad} donde la \emph{primera} época ocurre con la aparición del microprocesador en la década de 1970s, aquí los programadores desarrollaban soluciones programables basados sobre dispositivos (\textsl{hardware}) fijos. El gran reto de la esta época fue el entorno de \textsl{software} ya que los desarrolladores trabajaban con lenguajes \textsl{assembly} e incluso cuando los compiladores y ensambladores surgieron para el lenguaje C, pues se obtenían mejores rendimientos con la codificación manual. Se comenzaron a obtener librerías que proporcionaban funciones básicas, permitiendo al diseñador concentrarse en la programación de la aplicación. Estas funciones actualmente son fácilmente accedidas desde los compiladores y ensambladores comerciales/libres. Actualmente hay una gran demanda de lenguajes de programación de alto-nivel como C y Java. Tal es así la abstracción del lenguaje que incluso entornos de desarrollos de alto nivel como UML están siendo implementados. 
 
La \emph{segunda} época de la programabilidad se encuentra marcada por las FPGAs. En la Figura \ref{fig:makimoto-wave}, Makimoto indica que el campo de la programabilidad se estandariza para su fabricación y la personalización del diseño se encuentra en la capa de aplicación de un desarrollo con las tecnologías mencionadas. Esto puede ser considerado como lo que ofrece la programabilidad de \textsl{hardware} en el dominio del \textsl{software} donde el \textsl{hardware} permanece fijo. Esto es un reto fundamental como la mayoría de las herramientas de programación de computadora que trabajan sobre el principio de una plataforma de \textsl{hardware} fijo, lo que permite realizar optimizaciones ya que hay una orientación clara sobre la manera de mejorar el rendimiento de una representación algorítmica. Con las FPGAs, el usuario tiene plena libertad para definir la arquitectura que mejor se adapte a la aplicación. Sin embargo, esto presenta un problema en el que cada solución debe ser \emph{hecha a mano} y todos los diseñadores de \textsl{hardware} conocen los problemas en el diseño y verificación. 
 
Algunas de las tendencias en las dos épocas tienen similitudes. En los primeros días, el modo esquemático (\textsl{schematic capture}) fue usado para diseñar los primeros circuitos que era sinónimo con el nivel \textsl{assembly} en programación. Los lenguajes de descripción de \textsl{hardware} como el VHDL y Verilog emergieron ya que podrían ser utilizados para producir un nivel de abstracción más alto con el objetivo de contar con una herramienta basada en C como son SystemC y CataultC de Mentor Graphics como un entorno único de programación. Inicialmente como con los lenguajes de programación de \textsl{software}, había una desconfianza en la calidad de los resultados que producía el código con este nuevo enfoque. Sin embargo, con el fin de mejorar los costos de desarrollo, las herramientas de síntesis que eran equivalentes a la evolución de los compiladores de \textsl{software} eficientes para los lenguaje de alto-nivel, y también la evolución de las funciones de librería, estableció un alto grado de confianza que posteriormente llevó al uso de los lenguajes descriptivos de \textsl{hardware} (HDLs) sean comnues para la implementación en FPGA. En efecto, el surgimiento de los IP-cores refleja la evolución de librerías como son funciones programables de entradas/salidas para el flujo del \textsl{software} donde funciones comunes fueron reutilizadas donde los desarrolladores confiaban en la calidad de los resultados que producían estas librerías, especialmente en lo que las presiones para producir más código en el mismo lapso de tiempo crecieron con la evolución tecnológica. Los primeros IP-cores surgieron a partir de funciones de librerías básicas en el procesamiento de señales complejas y funciones de comunicación la mayoría de estos suministrados por los proveedores de FPGA y diversos repositorios web de IP-cores.
 
 
 
\nomenclature[z-asic]{ASIC}{\textsl{Application-Specific Integrated Circuit}}         % first letter Z is for Acronyms 
\nomenclature[z-uml]{UML}{\textsl{Unified Modeling Language}} 
 
\section{Actualización tecnológica de los recursos educativos}
\label{sec:act-tec-rec-edu}
 
Los anteriores conceptos alientan a la búsqueda, por parte de las instituciones académicas, de nuevas herramientas y materiales educativos que permitan a los estudiantes manipular nuevas tecnologías. Esto demanda por parte de las autoridades académicas que permitan la incorporación/modificación de las cátedras a fines. En la publicación \emph{``Actualización de la currícula - Incorporación de la lógica programable en ingenieria''} se plantea este reto \cite{PaperCayuela}. En esta publicación se propone modificar ligeramente el contenido de ciertas materias de las carreras de Ingeniería Electrónica e Ingeniería en Sistemas de Información, de la Universidad Tecnológica Nacional, para adecuarlas a la renovación tecnológica de la electrónica de consumo actual, que si bien aún no ha inundado Argentina, al punto de hacer absolutamente obsoletas las técnicas digitales discreta y de integración moderada, y las metodologías de diseño de sistemas, no va a pasar demasiado antes de que sea necesario un cambio radical en la industria, en el mercado de consumo masivo, y si seguimos a este ritmo, en última instancia en la educación técnica y tecnológica de nivel terciario-universitario.
 
\subsection{Análisis de contenidos en Ingeniería Electrónica e Ingeniería en Sistemas de Información }
 
En Ingeniería Electrónica, se introduce a
los alumnos a las tecnologías digitales de
procesamiento de información en materias
dictadas desde el primer año de cursado, a
saber: Informática I y II, Técnicas Digitales I, II y III.
 
El programa de Informática I de 1er año,
comienza por un pequeño despliegue de
conocimientos someros de arquitectura de
computadoras modernas, y continúa con la
enseñanza de la resolución algorítmica más
básica en programación, eligiendo primero
los diagramas de flujo, luego el
pseudocódigo, y por último el muy popular
lenguaje C, de medio y bajo nivel, por lo
que se pierde una gran cantidad de tiempo,
dada la repetición de temas con distintas
herramientas. Durante el 2do. año en
Informática II, los alcances determinan una
ampliación de habilidades en C, tales como
las estructuras de datos entre otros temas, y
por último un corto (de vista) repaso de
conceptos de orientación a objetos, que no
llega a concretarse en mucha práctica con
C++.
 
En Técnicas Digitales I, de 3er año, se ven
los principios de lógica digital hasta diseño
secuencial, y se emplea en la parte práctica,
tecnología de baja escala de integración, los
muy conocidos y populares, TTL línea
7400 y CMOS línea 4000.
 
En Técnicas Digitales II, de 4o año, se
estudia no con mucho detalle, la clásica
arquitectura Intel X86.
 
En Técnicas Digitales III, de 5o año, se
tocan de oído los temas referidos al
desarrollo de sistemas de procesamiento
digital de señales, mediante programación
en C/C++ y Matlab sobre DSPs
integrados o PCs con plataformas X86s.
 
En Ingeniería en Sistemas de Información,
debe tenerse en cuenta que la orientación no
es precisamente técnica, sino más bien
gerencial-administrativa; sin embargo, en
su base presenta suficientes materias de
contacto con Ingeniería Electrónica, y
sobre ellas discutiremos.
 
En Ingeniería en Sistemas de Información,
durante el último cuatrimestre del 1er año,
se dicta con mucho éxito la materia
Algoritmos y Estructuras de Datos (con
C/Java), que en contenido y extensión,
abarca prácticamente el total de las dos
Informáticas de Ingeniería Electrónica.
También en este cuatrimestre, se dicta la
materia Arquitectura de Computadoras, en
la que se ven temas varios de su correcto
nombre, sin pasar más abajo del nivel de
lógica digital y llegando hasta la
arquitectura de microprocesadores interna y
externa. En el 2do. año, en la materia
Paradigmas de la Programación, se llegan
a ver entre otros, los paradigmas
concurrentes (con Ada), orientado a objetos
(Java/C++), funcional (Scheme/Lisp) y
lógico (Prolog).
 
\subsection{Propuesta de modificación de contenido}
 
Lo primero que se propone en este caso, es  
unificar contenidos entre las materias de   
programación de los primeros años de        
ambas ingenierías, mas no tal vez su        
dictado conjunto, para poder hacer énfasis  
individuales sobre las especializaciones de 
estos temas en cada carrera por aparte.     
 
Así, nos quedaría una primera materia       
Informática I dentro de Ingeniería          
Electrónica, equivalente a Algoritmos y     
Estructuras de Datos de Ingeniería en       
Sistemas de Información, pero de duración   
anual, lo cual puede ser una ventaja para la
maduración de los temas, aunque de carga
horaria equivalente similar, la mitad por
semana dado su doble extensión temporal
anual.
 
En el 2do. año en Ingeniería Electrónica, la
materia Informática II, también anual,
tendría tiempo suficiente para incluir
extensamente el paradigma orientado a
objetos con C++, muy importante para la
formación del ingeniero electrónico, y tan
importante como el anterior, incluir el
paradigma concurrente, enseñado mediante
ejemplos en VHDL con simuladores, para
de esta forma, preparar al alumno para las
técnicas digitales sobre FPGAs, sin tener
que comenzar desde cero con un lenguaje
de descripción de hardware, en el 3er año.
 
En cuanto a Ingeniería en Sistemas de
Información, en la materia Arquitectura de
Computadoras, se podría introducir
descripciones de microprocesadores y otros
circuitos en VHDL con simuladores,
facilitando la ampliación del paradigma
concurrente en VHDL/Ada del siguiente
año. Ya en Paradigmas de la
Programación del 2do. año, podría emplearse
el lenguaje VHDL junto al Ada (dado que
este último es un antecesor del primero),
para unificar temas entre materias de los
dos niveles y compartir contenidos por un
lado, y por otro, para mostrar a los alumnos
plataformas de hardware (y no solo las
X86s) que se programan directamente con
ese paradigma, a la cual algunos tal vez
podrían dedicar esfuerzos en el futuro,
siendo también una forma de entablar
algunos puentes de unión entre estas dos
carreras parientes, aunque no cercanos.
 
Como segundo paso, convendría la
incorporación temprana en Técnicas
Digitales I, de temas de lógica
reconfigurable, y dado que VHDL ya se
habría visto con mediana intensidad durante
el año anterior, se puede concentrar la
atención en el diseño de hardware, y en la
descripción del mismo mediante estas
técnicas, algo ajenas al diseño discreto
convencional, del que se puede ver un poco,
tan solo para no dejar de lado, que aun hoy
una buena parte de la industria tiene         
implantados con esta tecnología mucho de      
su infraestructura, a la cual sin duda deberá 
darse mantenimiento; sin embargo el           
siguiente paso es la modernización de esa     
misma infraestructura con estas nuevas        
herramientas, para lo cual este cambio sería  
instrumental.     
 
Luego en Técnicas Digitales II, se puede      
ver no solo la arquitectura X86, sino otras   
variantes tan importantes en la industria     
como ella, directamente en VHDL con           
implementación sobre placas de trabajo        
construidas      alrededor       de    lógica
programable, con lo cual no se queda en
teoría el diseño ni de microprocesadores
(irrealizable con electrónica discreta salvo 
en simulación) ni de arquitectura externa al 
micro.           
 
Finalmente en Técnicas Digitales III, todo   
los temas referidos al procesamiento digital 
de señales, se pueden aprender con VHDL      
y arquitecturas construidas en FPGAs, dado   
que son en muchos casos la elección          
prioritaria,     complementándolas       con 
tecnología DSP integrada o embebida en       
FPGAs.   
 
En la Figura \ref{fig:actualizacion-tecnicas}, podemos ver un esquema       
sintético de la propuesta.                   
 
\begin{figure}
  \centering
  \includegraphics[width=0.8\textwidth]{actualizacioncurricula}
  \caption{Propuesta de modificación de contenido a las carreras de Ingeniería Electrónica e Ingeniería en Sistemas de Información.}
  \label{fig:actualizacion-tecnicas}
\end{figure}
 
\subsection{Un atisbo de cambio en nuestra carrera}
 
En el CUDAR (Centro Universitario de
Desarrollo en Automación y Robótica),
decidimos colaborar con la incorporación    
de estas modificaciones, en principio,
limitados a las materias de Técnicas
Digitales de Ingeniería Electrónica.
 
Se lo propusimos a los profesores titulares
de cada materia, sin la necesidad de
cambiar los programas, pero incorporando
las herramientas y el lenguaje VHDL en
las tres. Estuvieron de acuerdo y
propusieron un cambio mayor en los
contenidos, a lo que nosotros dimos
nuestro apoyo.
 
Para ello, el secretario de Ciencia y
Técnica de la Facultad Regional Córdoba,
instrumentaría un presupuesto, cuando sea
posible, para el equipamiento de
laboratorios con tecnología de lógica
programable, es decir con placas
experimentales y estaciones de trabajo con
software adecuado.
 
Además, para poder realizar esta
renovación, puede recurrirse a los
programas universitarios de empresas
como Xilinx \cite{XilinxUni} y Altera \cite{AlteraUni}, que donan
hardware y disponen de entornos de
desarrollo y simuladores gratuito.
 
Otra alternativa que evaluamos fue el
diseño en casa, de pequeñas placas de
trabajo construidas con CPLDs, aunque
nos topamos con la dificultad de la falta de
proveedores adecuados. Finalmente las
diseñamos y probamos, pero nos
encontramos que al querer conseguir
CPLDs y FPGAs de bajo precio nominal,
los distribuidores para Argentina de Xilinx
y Altera no dan gran importancia a los
programas universitarios de esas empresas,
generando además sobreprecios, aún
cuando      los    precios    sean    bajos
originalmente, con detalles como compra
de una cantidad mínima por componente,
gastos de envío entre Buenos Aires y el                   
interior con valores de transporte                        
internacional, etc.                                       
 
\subsection{Resultados}
 
A partir del año 2006, colaboramos                        
activamente en la incorporación de temas                  
de lógica programable en el dictado de la                 
materia Técnicas Digitales I, a través del                
titular de la cátedra y un profesor de                    
trabajos prácticos, ambos integrantes del                 
CUDAR, a los que asistimos con material                   
de lectura, prácticos y exposiciones                      
preparadas en filminas sobre la tecnología                
interna de los dispositivos programables.  
 
También hemos terminado con las etapas                    
de diseño y pruebas de un Kit de desarrollo               
educativo con CPLD \cite{PaperKitCPLD}, que dejamos                       
disponible libremente para su construcción                
por parte de los alumnos, y a partir de este              
año se utilizará en la materia Técnicas                   
Digitales I como herramienta de trabajos                  
prácticos. Asimismo, el departamento                      
Ingeniería Electrónica ha dispuesto                       
incorporar este kit en el Laboratorio de                  
Técnicas Digitales, esfuerzo que está                     
siendo coordinado por nosotros desde el                   
CUDAR.                                                   
 
A propuesta nuestra también, a partir de                 
2007, dictaremos la materia electiva del 6to.              
año de Ingeniería Electrónica, dedicada a                
la lógica programable, y bautizada como                  
Técnicas Digitales IV.
 
% Aquí se podría poner algo sobre el paper "The Role of the Laboratory in Undergraduate Engineering Education".
 
 
 %\begin{landscape}
 
 % \section*{Subplots}
 % I can cite Wall-E (see Fig.~\ref{fig:WallE}) and Minions in despicable me (Fig.~\ref{fig:Minnion}) or I can cite the whole figure as Fig.~\ref{fig:animations}
 
 % \begin{figure}
 %   \centering
 %   \subfloat[A Tom and Jerry]{\label{fig:TomJerry}\includegraphics[width=0.3\textwidth]{TomandJerry}}                
 %   \subfloat[A Wall-E]{\label{fig:WallE}\includegraphics[width=0.3\textwidth]{WallE}}
 %   \subfloat[A Minion]{\label{fig:Minnion}\includegraphics[width=0.3\textwidth]{minion}}
 %   \caption{Best Animations}
 %   \label{fig:animations}
 % \end{figure}
 
 
 % \end{landscape}