An emulation-based remote laboratory for prototyping digital circuits without FPGA

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Costa, Alcides Silveira
• Orientador(a): Reis, Andre Inacio
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Circuitos digitais; Emulador; Microeletrônica; Síntese lógica
• Palavras-chave em Inglês: Remote laboratory; FPGA
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/271251

Esta tese apresenta uma abordagem inovadora para a prototipagem remota de circuitos digitais sem o uso de placas de prototipagem baseadas em FPGA. Motivado pelo custo dessas placas e pelas restrições de mobilidade causadas pela pandemia COVID-19, a tese apresenta a plataforma Pitanga, baseada em emulação, com o objetivo de reduzir os custos de hardware e permitir que os alunos criem protótipos de circuitos digitais sem estar fisicamente presentes nos laboratórios da instituição de ensino. Em vez de uma placa de prototipagem física, o aluno interage com uma interface gráfica de usuário, leve, contendo uma placa de prototipagem virtual no computador. A plataforma utiliza uma arquitetura cliente-servidor que executa o software de design e emulação no lado do servidor, portanto, diminuindo a carga computacional no computador do aluno. Essa abordagem é uma alternativa aos laboratórios remotos baseados em FPGA. A plataforma Pitanga responde com latência próxima de zero aos estímulos dos alunos utilizando CPUs de propósito geral para emular placas de prototipação baseada em FPGA. A redução de latência ocorre porque há um emulador preditivo no lado do servidor que calcula as respostas para todos os possíveis estados de entrada da placa de prototipagem virtual em execução no lado do cliente. Os resultados mostram que a plataforma Pitanga pode emular um circuito digital de 72.486 transistores a 1Hz de clock do sistema. Essa complexidade equivale a um Intel 8086 implementado em tecnologia NMOS ou a um contador de 1024 bits implementado em tecnologia CMOS. Além disso, os resultados mostram que o emulador preditivo possui complexidade O(n).