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El nivel de sistema electrónico (ESL) se refiere a la jerarquía en la que se desarrollan los diseños electrónicos, particularmente en el contexto de circuitos integrados (ICs) y sistemas electrónicos. Existen varios tipos de niveles de sistema electrónico, incluyendo:
Nivel de Dispositivo:
El nivel de dispositivo es el nivel más bajo de los sistemas electrónicos. Involucra componentes electrónicos como transistores, diodos, resistencias y capacitores. Estos componentes son los bloques de construcción de sistemas electrónicos más complejos.
Nivel de Circuito:
El nivel de circuito es el siguiente nivel de los sistemas electrónicos. Incluye circuitos como amplificadores, osciladores y compuertas lógicas. Los circuitos están compuestos por componentes electrónicos que trabajan juntos para realizar una función específica.
Nivel de Sistema:
El nivel de sistema es un nivel más alto de los sistemas electrónicos. Involucra sistemas electrónicos como microcontroladores, FPGAs (Matrices de Puertas Programables en Campo) y ASICs (Circuitos Integrados de Aplicación Específica). A este nivel, el enfoque está en sistemas electrónicos que pueden realizar tareas más complejas.
Nivel de Aplicación:
El nivel de aplicación es el nivel más alto de los sistemas electrónicos. Incluye diversas aplicaciones de sistemas electrónicos, como computadoras, teléfonos inteligentes y sistemas embebidos. A este nivel, los sistemas electrónicos se utilizan para resolver problemas del mundo real.
Los diversos niveles del sistema electrónico ilustran la jerarquía del diseño electrónico, desde los componentes básicos hasta los sistemas y aplicaciones complejas. Comprender estos niveles es importante para diseñadores e ingenieros a la hora de crear sistemas electrónicos eficientes y efectivos.
El diseño del nivel de sistema electrónico (ESL) es una metodología utilizada en el diseño de chips electrónicos. Se centra en el diseño de hardware y software a un nivel más alto de abstracción que el diseño tradicional de nivel de transferencia de registro (RTL). Las herramientas y técnicas ESL tienen como objetivo mejorar la eficiencia, productividad y optimización de los diseños de sistema-en-chip (SoC). Aquí hay algunas de las características y funciones clave del ESL:
Alta Abstracción:
El diseño ESL utiliza lenguajes de programación de alto nivel como C, C++ y SystemC. Estos lenguajes permiten a los diseñadores modelar sistemas complejos sin detallar la implementación del hardware. Esta alta abstracción facilita el diseño, análisis y optimización de los componentes del sistema.
Modelado de Diseño:
ESL proporciona diversas técnicas y marcos de modelado tanto para componentes de hardware como de software. Esto incluye aceleradores de hardware, procesadores, jerarquías de memoria y algoritmos de software. Los modelos se pueden utilizar para simulación, análisis de rendimiento y exploración arquitectónica.
Simulación y Validación:
Las herramientas ESL soportan la simulación y validación de modelos de alto nivel. Esto asegura que el diseño cumpla con los requisitos de rendimiento, funcionalidad y consumo de energía antes de pasar a niveles de abstracción más bajos. Esta simulación ahorra tiempo y reduce el riesgo de errores en la implementación final.
Exploración del Espacio de Diseño:
ESL permite a los diseñadores explorar diferentes arquitecturas y configuraciones de diseño. Esto ayuda a identificar el diseño óptimo que cumple con los requisitos especificados. Esto implica compensaciones entre potencia, rendimiento, área y costo (PPAC).
Co-Diseño de Hardware y Software:
ESL enfatiza la integración de procesos de diseño de hardware y software. Esto se conoce como co-diseño de hardware y software. Permite el desarrollo y la optimización concurrentes de componentes de hardware y algoritmos de software. Esto mejora el rendimiento y la eficiencia general del sistema.
Generación Automática de Código:
Las herramientas ESL proporcionan generación automática de código a partir de modelos de alto nivel. Esto incluye código RTL sintetizable y binarios de software. La generación automática de código acelera el proceso de diseño y reduce los errores de codificación manual.
Estimación de Rendimiento:
Las técnicas ESL proporcionan mecanismos para la estimación de rendimiento. Esto incluye consumo de energía, tiempo de ejecución y utilización de recursos. La estimación precisa ayuda a tomar decisiones de diseño informadas y lograr especificaciones objetivo.
Integración y Reutilización de IP:
ESL se centra en la integración de núcleos de propiedad intelectual (IP). Estos son bloques funcionales pre-diseñados como procesadores, DSPs y interfaces de memoria. El uso de núcleos de IP mejora la eficiencia del diseño y reduce el tiempo de comercialización. ESL promueve la reutilización de modelos y IP en diferentes proyectos y generaciones de productos.
Escalabilidad y Flexibilidad:
Las metodologías y herramientas ESL son escalables y flexibles. Esto les permite acomodar diversos tipos de diseños que van desde circuitos simples hasta sistemas-en-chip complejos. La escalabilidad y flexibilidad de ESL la hacen adecuada para diferentes dominios de aplicaciones.
Diseño y Verificación de Sistemas:
El diseño a nivel de sistema electrónico implica crear un modelo de alto nivel del hardware y software del sistema. Este modelo incluye la definición de la arquitectura del sistema, componentes, sus funciones e interacciones. Las herramientas y metodologías ESL permiten a los diseñadores simular, sintetizar y analizar diferentes opciones de diseño temprano en el proceso de diseño. Esto ayuda a verificar la funcionalidad del sistema, identificar cuellos de botella y optimizar el rendimiento antes de la implementación física. Esta aplicación es utilizada principalmente por fabricantes de electrónica.
Desarrollo de Software:
El nivel de sistema electrónico implica especificar y desarrollar los componentes de software del sistema electrónico. ESL proporciona herramientas para modelado de software, generación de código y análisis de rendimiento. Esto permite el desarrollo temprano de software, incluida la optimización de algoritmos y la gestión de memoria. Esto asegura que el software esté adaptado a las capacidades y requisitos del hardware, llevando a una implementación eficiente y reduciendo el tiempo de comercialización. Esta aplicación es utilizada por empresas de software.
Co-Diseño de Hardware y Software:
Las técnicas del nivel de sistema electrónico facilitan el co-diseño de hardware/software, donde los componentes de hardware y software se diseñan simultáneamente. Esto asegura una integración y optimización fluida de los recursos de hardware y los algoritmos de software. Las metodologías de co-diseño ayudan a identificar las tareas críticas que requieren aceleración de hardware y aquellas que pueden ejecutarse eficientemente en software. Esta aplicación es utilizada por fabricantes de circuitos integrados.
Optimización de Energía y Recursos:
ESL proporciona herramientas para el análisis y optimización del consumo de energía a nivel de sistema. Los diseñadores pueden modelar y simular diferentes técnicas de gestión de energía, como escalamiento dinámico de voltaje y frecuencia, modos de suspensión y programación de tareas. Esto ayuda a minimizar el consumo de energía y a extender la vida de la batería en sistemas portátiles y embebidos. Las metodologías de nivel de sistema electrónico también permiten la optimización de recursos al identificar y mitigar funciones y tareas redundantes. Esto maximiza el uso de los recursos de hardware disponibles y minimiza costos. Esta aplicación es principalmente para electrónica de consumo.
Diseño para la Prueba (DFT):
Las metodologías de nivel de sistema electrónico incorporan técnicas de diseño para la testabilidad para mejorar la fiabilidad y la manufacturabilidad del producto final. Las herramientas ESL permiten la inserción de estructuras de prueba, como componentes de prueba automática incorporada (BIST) y cadenas de escaneo, durante la fase de diseño. Esto facilita pruebas, depuración y validación más sencillas de los componentes de hardware y software, lo que conduce a mayores tasas de rendimiento y menores costos de producción. Esta aplicación es utilizada por fabricantes de hardware.
Prototipado Rápido:
Los enfoques de nivel de sistema electrónico apoyan el prototipado rápido de sistemas electrónicos. ESL permite el uso de herramientas de síntesis de alto nivel para generar descripciones de hardware a partir de modelos abstractos rápidamente. Esto permite la creación de prototipos de matrices de puertas programables en campo (FPGA) que pueden ser probados e iterados antes de la implementación final en silicio. El prototipado ayuda a validar conceptos, identificar fallas de diseño y reunir comentarios de los usuarios. Esta aplicación se utiliza comúnmente en entornos de investigación y desarrollo.
Al elegir los productos adecuados de nivel de sistema electrónico para la venta, es importante considerar algunos factores para asegurar que los productos satisfagan las necesidades de los clientes. Aquí hay algunos factores clave que los clientes empresariales pueden considerar al elegir productos ESL.
Demanda del Mercado:
Los clientes empresariales deben analizar las tendencias actuales y futuras en la industria electrónica. Deben verificar qué tipos de productos ESL están en alta demanda. Pueden leer informes de investigación de mercado, noticias de la industria y foros profesionales para tener una mejor comprensión de la demanda del mercado. Esto les ayudará a elegir productos ESL que probablemente tendrán altas ventas. También deben considerar la demografía objetivo del producto. Diferentes demografías tienen diferentes preferencias y necesidades. Por ejemplo, las necesidades de un ingeniero experto en tecnología son diferentes de las de un consumidor ocasional. Los clientes empresariales deben elegir productos ESL que atraigan a su base de clientes objetivo.
Calidad del Producto:
Los compradores deben dar prioridad a los proveedores que utilizan materiales de alta calidad y confiables. Pueden solicitar una muestra del producto del proveedor para evaluar la calidad. También deben verificar las certificaciones del proveedor, como ISO, que indica que el proveedor tiene un sistema de gestión de calidad. Más importante aún, deben leer las reseñas y testimonios de clientes anteriores para obtener información sobre la calidad del producto.
Soporte Técnico y Servicios:
Para asegurar operaciones fluidas, los clientes empresariales deben verificar si el proveedor ofrece soporte técnico y servicios adecuados. Deben buscar proveedores que tengan un equipo confiable de expertos listo para ayudar. También deben comprobar si el proveedor ofrece capacitación sobre el producto, servicios de instalación y soporte de mantenimiento.
Capacidad de Suministro:
Los compradores deben verificar la capacidad de producción del proveedor. Deben asegurarse de que el proveedor sea capaz de satisfacer sus demandas de pedidos a tiempo. También deben comprobar los plazos de entrega y los horarios de entrega. Más importante aún, deben verificar la reputación y experiencia del proveedor de ESL en la industria.
Precios y Términos de Pago:
Los compradores deben comparar los precios de diferentes proveedores de ESL. Deben verificar los términos de pago, descuentos en compras al por mayor y costos de envío. Todos estos factores tendrán un impacto en el costo final. Los compradores empresariales deben elegir un proveedor de ESL cuyos precios sean transparentes y competitivos.
Q1. ¿Cuáles son los desafíos del diseño a nivel de sistema electrónico?
A1. El diseño ESL tiene muchos desafíos: definición de arquitectura, consumo de energía, rendimiento, particionamiento hardware-software, y más. Las herramientas y metodologías ESL aún están en desarrollo, así que los diseñadores necesitan optimizar algoritmos y arquitecturas.
Q2. ¿Qué habilidades necesitan los diseñadores de ESL?
A2. Los diseñadores de ESL deben comprender algoritmos, programación, arquitectura de sistemas, diseño digital y hardware electrónico. Deben conocer el desarrollo de software, particularmente en sistemas embebidos, y lenguajes de descripción de hardware como C/C++ y SystemVerilog.
Q3. ¿Qué herramientas se utilizan en el nivel de sistema electrónico?
A3. Las herramientas ESL incluyen herramientas de síntesis de alto nivel (HLS), herramientas de co-simulación de hardware-software y herramientas de modelado de sistemas. Ejemplos son Xilinx Vivado HLS, Cadence Stratus HLS, software de Mentor Graphics y herramientas de Synopsys.
Q4. ¿Cuál es la diferencia entre ESL y RTL?
A4. ESL se centra en el diseño y la abstracción a nivel de sistema, permitiendo la exploración de algoritmos y arquitecturas sin una implementación detallada de hardware y software. RTL es un nivel de abstracción más bajo que describe circuitos digitales y lógica. ESL captura más funcionalidad de alto nivel que RTL.
Q5. ¿Qué son los modelos ESL?
A5. Los modelos ESL representan la funcionalidad y el rendimiento del sistema a un alto nivel de abstracción. Incluyen modelos a nivel de transacción (TLM) para comunicación y modelos de algoritmos para funciones de procesamiento. Los modelos ESL ayudan en la exploración y optimización de la arquitectura del sistema.
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浙B2-20120091-4