As redes-em-chip (NoCs) surgiram como uma alternativa aos atuais problemas de interconexão decorrentes da redução da escala de tecnologia de fabricação de circuitos integrados. O desenvolvimento de transistores com nanômetros de largura tem permitido a inserção de sistemas altamente complexos em uma única pastilha de silício. Dessa forma, os SoCs (Systems-on-Chip) passaram a constituir inúmeros elementos de processamentos (EPs) e as NoCs têm se apresentado como uma opção eficiente no provimento da interconexão dos mesmos, permitindo maior escalabilidade e paralelismo ao sistema. No entanto, esta conexão não é realizada de forma direta. Todo sistema conectado por uma NoC necessita de interfaces de rede (NIs) para intermediar a conexão dos elementos de processamento aos roteadores da rede. O objetivo desse trabalho é apresentar soluções arquiteturais de interfaces de rede para NoCs que atendam diferentes aplicações de forma genérica. Neste trabalho foram desenvolvidas interfaces de redes reutilizáveis e parametrizáveis, e para atender a estas características, as interfaces de rede possibilitam a configuração de diversos parâmetros arquiteturais, como largura da palavra de dados dos EPs, profundidade das FIFOs das interfaces, profundidade das FIFOs da NoC e largura de dados da rede, possibilitando prover a interconexão de qualquer aplicação com um mínimo de reprojeto. As interfaces de rede, juntamente com a NoC, são responsáveis pelo desempenho da comunicação da aplicação e, para isso, o projeto de uma NI deve ser capaz de atender aos requisitos do sistema, por isso, a importância de se obter um projeto de NIs flexível. Para validar as arquiteturas das NIs desenvolvidas, os módulos do decodificador de vídeo no contexto do padrão H.264 foram conectados à NoC através das interfaces projetadas. A partir dessa implementação, puderam-se levantar diversas necessidades que devem ser atendidas pelas NIs. Por fim, foram analisados os resultados de síntese das NIs para diferentes configurações. Também foram verificados os resultados de síntese e desempenho do decodificador de vídeo H.264 conectado pelas NIs à NoC. Com relação aos resultados de síntese em FPGA, a implementação do decodificador de vídeo com NoC e NIs não apresentou um grande aumento em área quando comparada a implementação com conexão ponto-a-ponto. Além disso, para diferentes configurações das NIs, a NoC pode ser utilizada atendendo aos requisitos de desempenho exigidos pela aplicação, sem a necessidade de operar na sua máxima taxa de operação para a resolução QCIF. / Networks-on-Chip (NoCs) have emerged as an alternative to the current interconnection problems arising from the scaling technology for manufacturing integrated circuits. The development of transistors with nanometer-wide has enabled the integration of highly complex systems on a single silicon wafer. Thus, SoCs (Systemson- Chip) have integrated numerous processing elements (EPs) and NoCs have been presented as an effective option in providing the interconnection of these elements, allowing scalability and parallelism to the system. However, this connection is not done directly. Every system connected by NoC needs network interfaces to intermediate the connection of processing elements to network routers. The goal of this thesis is to present architectural solutions for network interfaces for applications in general. In this work we developed a generic, reusable and configurable network interface. The proposed network interface enables the configuration of several architectural parameters, such as data width of the packets, FIFOs depth of the interfaces, FIFO depth and data width of the NoC, and thus, being able to provide the interconnection of any application with a minimal redesign. Network interfaces, together with the NoC, are responsible for application performance and, therefore, the design of an NI should be able to support the system requirements. To validate the architecture of developed NI, the modules of H.264 decoder were connected to NoC through designed interface. From this implementation, one could raise several needs that must be supported by the NIs. Finally, we analyzed the results of synthesis of the NIs for different configurations. It was also analyzed the results of synthesis and performance of H.264 video decoder connected by NIs to NoC. According to results for FPGA synthesis, the implementation of video decoder with NoC and NIs did not show a large increase in area when compared with the implementation of peer-to-peer. Moreover, for different configurations, the NoC can be used according to time requisitions required by the application, without the need to operate at its maximum operation frequency for QCIF resolution.

Com o avanço da tecnologia de fabricação de chips o atraso em fios globais será maior que o atraso em portas lógicas. Além disso, fios globais longos são mais suscetíveis a problemas de integridade como crosstalk. Uma proposta recente de interconnecção global chamada redes intra-chip reduz essas limitações referentes a fios longos. Além dessas vantagens, redes intra-chip permitem desacoplar comunicação e computação, dividindo um sistema em sub tarefas independentes. Devido as essas vantagens é possível integrar mais lógica em um chip que usa redes intra-chip. Entretanto, o acréscimo de lógica no chip aumenta o custo de teste. Os módulos do chip precisam de mecanismos para transportar dados de teste, que são tipicamente barramentos usados exclusivamente para teste. Entretanto, como mencionado anteriormente, fios globais são caros e acrescentar barramentos de teste pode não ser possível em um futuro próximo. Por outro lado, uma rede intra-chip tem acesso a maioria dos módulos do chip. Esta rede pode ser usada para transportar dados de teste, evitando o acréscimo de barramentos dedicados ao teste. O objetivo dessa tese é estudar o uso de redes intra-chip para o transporte de dados de teste, enfatizando uma abordagem genérica que possa ser aplicada a uma dada rede. Para tanto, essa tese foi divida em três partes: modelos, projeto, e otimização. A tese propõe um modelo funcional de rede que é compatível com a maioria das recém propostas redes intra-chip. O modelo de teste, baseado no modelo funcional da rede, compreende o conjunto de informações necessárias para otimizar a arquitetura de teste. A arquitetura de teste, por sua vez, consiste de lógica para teste e algoritmo de otimização. A lógica de teste compreende lógica para ATE interface e lógica envoltória para módulos de hardware. Os algoritmos otimizam o tempo de teste e a área de lógica de teste no nível dos módulos e no nível do chip. Uma arquitetura convencional de teste de SoCs baseada em barramento de teste dedicado foi comparada com a arquitetura proposta para SoCs baseados em redes intra-chip. Os resultados apontam que o tempo de teste do SoC com a arquitetura proposta aumenta em média 5%. Os resultados também mostram que a lógica de teste da arquitetura proposta é cerca de 20% maior que na arquitetura de teste convencional. Por outro lado, o fluxo de projeto baseado na arquitetura de teste proposta é mais simples que a convencional. Além disso, a arquitetura proposta reduz o nÚmero de fios globais em torno de 20% a 50% para SoCs complexos. Estes resultados demonstram que a arquitetura proposta é melhor para sistemas complexos com um grande nÚmero de módulos. / With the advance of microchip technology, global and long wires will cost more in terms of delay than in terms of logic gates. ln addition, long wires are more susceptible to signal integrity problems such as crosstalk. A recently proposed global interconnect called network-on-chip alleviates the limitation of long wires. Moreover, on-chip networks allow decoupling communication and computation to divide a complete system into manageable and independent sub tasks. Thus, it is possible to integrate more logic into the chip using network-on-chip. However, the complexity growth of cores also increases the test costs since more logic is embedded into a single chip. These embedded cores need a test access mechanism for test data transportation, typically implemented as test-dedicated buses. As mentioned before, global wires are expensive, then, adding test buses may not be feasible in the near future. On the other hand, the on-chip network has access to most cores of the chip. This network could be used also for test data transportation, avoiding additional test-dedicated buses. The goal of this thesis is to study the reuse of on-chip networks for test data transportation, looking for a general reuse approach that can be easily used in a given network. To reach this goal, the thesis is divided in three parts: models, design, and optimization. This thesis proposes a functional model of a network, compatible with most recently proposed best-effort on-chip networks. Based on this functional model, a test model is devised. The test model comprises of a set of necessary and sufficient information required to optimize the test architecture. The test architecture consists of DfT logic and scheduling algorithm. The design of DfT logic comprises adaptation logic for the external tester and test wrappers for the modules. The optimization procedure, focused on mesh-based best-effort NoCs, schedules test data such that the chip test length and DfT silicon are a are minimized. A conventional SoC test architecture based on test-dedicated buses is compared to the proposed approach for best-effort NoCs. The experimental results show that SoC test length has increased 5% on average. The results have also shown that the are a overhead for proposed DfT is around +20% compared to the silicon area to implement the DfT of a convehtional test architecture. On the other hand, we have also presented a simpler design fiow and 20% to 50% of global wiring savings due to the use of NoC for test data transportation. The results corroborate with the conclusion that the proposed NoC reuse is a good approach for complex systems based on a large number of cores and routers.

Dispositivos integrados de sistemas-em-chip (SoC), especialmente aqueles dedicados às aplicações multimídia, processam grandes quantidades de dados armazenados em memórias. O desempenho das portas de memória afeta diretamente no desempenho do sistema. A melhor utilização do espaço de armazenamento de dados e a redução do custo e do consumo de potência dos sistemas eletrônicos encorajam o desenvolvimento de arquiteturas eficientes para controladores de memória. Essa melhoria deve ser alcançada tanto para interfaces com memórias internas quanto externas ao chip. Em sistemas de processamento de vídeo, por exemplo, memórias de grande capacidade são necessárias para armazenar vários quadros de imagem enquanto que os algoritmos de compressão fazem a busca por redundâncias. No caso de sistemas implementados em tecnologia FPGA é possível utilizar os blocos de memória disponíveis internamente ao FPGA, os quais são limitados a poucos mega-bytes de dados. Para aumentar a capacidade de armazenamento de dados é necessário usar elementos de memória externa e um núcleo de propriedade intelectual (IP) de controlador de memória é necessário. Contudo, seu desenvolvimento é uma tarefa muito complexa e nem sempre é possível utilizar uma solução "sob demanda". O uso de FPGAs para prototipar sistemas permite ao desenvolvedor integrar módulos rapidamente. Nesse caso, a verificação do projeto é uma questão importante a ser considerada no desenvolvimento de um sistema complexo. Controladores de memória de alta velocidade são extremamente sensíveis aos atrasos de propagação da lógica e do roteamento. A síntese a partir de uma descrição em linguagem de hardware (HDL) necessita da verificação de sua compatibilidade com as especificações de temporização pré-determinadas. Como solução para esse problema, é apresentado nesse trabalho um IP do controlador de memória DDR SDRAM com função de BIST (Built-In Self-Test) integrada, onde o teste de memória é utilizado para verificar o funcionamento correto do controlador. / Many integrated Systems-on-Chip (SoC) devices, specially those dedicated to multimedia applications, process large amounts of data stored on memories. The performance of the memories ports directly affects the performance of the system. Optimization of the usage of data storage and reduction of cost and power consumption of the electronic systems encourage the development of efficient architectures for memory controllers. This improvement must be reached either for embedded or external memories. In systems for video processing, for example, large memory arrays are needed to store several video frames while compression algorithms search for redundancies. In the case of FPGA system implementation, it is possible to use memory blocks available inside FPGA, but for only a few megabytes of data. To increase data storage capacity it is necessary to use external memory devices and a memory controller intellectual property (IP) core is required. Nevertheless, its development is a very complex task and it is not always possible to have a custom solution. Using FPGA for system prototyping allows the developer to perform rapid integration of modules to exercise a hardware version. In this case, test is an important issue to be considered in a complex system design. High speed memory controllers are very sensitive to gate and routing delays and the synthesis from a hardware description language (HDL) needs to be verified to comply with predefined timing specifications. To overcome these problems, a DDR SDRAM controller IP was developed which integrate the BIST (Built-In Self-Test) function, where the memory test is used to check the correct functioning of the DDR controller.

Na atualidade, as redes públicas de comunicação de dados representam uma nova oportunidade para a aplicação das tecnologias IEEE 802 (baseadas na tecnologia Ethernet). Tanto nas redes de acesso, como nas redes metropolitanas e de núcleo, existe uma crescente demanda pela instalação de equipamentos com grande número de interfaces Ethernet. Em alguns casos, opta-se por equipamentos capazes de emular os serviços das tecnologias legadas ATM/SDH sobre Ethernet e viceversa. Nesse sentido, novos protocolos e novas formas de transmissão de dados utilizando a tecnologia Ethernet estão surgindo para consolidar a convergência das redes de comutação de circuitos (infraestrutúra legada) e as redes de comutação de pacotes; com a ideia de constituir uma rede mais homogênea, flexível e de baixo custo. Um claro exemplo é a adessão dos protocolos de Operação, Administração e Manuntenção (OAM) nas redes Ethernet, os quais permitem um nível de controle semelhante ao de tecnologias como ATM e SDH. OAM possibilita a monitoração de falhas na rede, a configuração e o acompanhamento dos eventos de segurança, assim como também a contabilização de tráfego por assinante; permitindo desta forma o atendimento de diferentes SLAs (Service-Level Agreements) de clientes. Para que isto seja uma realidade, é muito importante reforçar o controle da borda que delimita a rede do cliente final da rede pública. Com esse fim, estão surgindo normas como a IEEE P802.1aj, que define um dispositivo de demarcação de rede que serve como entidade controladora de serviços entre o provedor e o cliente final; sendo sua principal característica o suporte OAM no enlace com o provedor de serviços. Este dispositivo - conhecido comercialmente como Ethernet Demarcation Device (EDD)- é o foco do presente trabalho. Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver arquiteturas System-on-a-Programable Chip (SoPC) para um EDD de duas portas, partindo do desenvolvimento de módulos de propriedade intelectual (IP). Foram projetadas duas arquiteturas de EDD, as quais permitem o encaminhamento de pacotes entre duas portas Ethernet e incorporam um processador MicroBlaze para implementação Software do protocolo OAM, segundo a norma IEEE 802.3ah. Como resultado, foram elaborados 7 módulos IP: Módulo Fast Ethernet MAC (FEMAC), Módulo Gigabit Ethernet MAC (GEMAC), Módulo Packet FIFO, Módulo OAM Ethernet, Módulo MII Managment (MIIM), Módulo PHY Ethernet PCS/PMA 1000Base-X (PHY1000X) e Módulo Bit-Error Rate Tester (BERT). Todos os módulos foram descritos em VHDL e logo sintetizados para um dispositivo FPGA da família Virtex-II Pro da Xilinx, quanto para standard-cells utilizando a tecnologia CMOS AMS 0.35μm únicamente nos Módulos FEMAC e GEMAC. Os resultados de síntese mostram que o Módulo MIIM e o Módulo PHY1000X possuim um melhor aproveitamento de recursos de área que seus equivalentes disponíveis no OpenCores e no CoreGen da Xilinx, respectivamente. As arquiteturas SoPC foram prototipadas sobre a placa de desenvolvimento AVNET Virtex-II Pro, a qual permite comunicação com dispositivos de rede através de interfaces elétricas e ópticas. Finalmente, é proposta uma metodologia de validação física das arquiteturas alvo para estas atenderem o regime de vazão máxima (1Gbit/s ou 100Mbit/s), assim como também testes de conformidade como os definidos pela norma IEEE 802.3. / Nowadays, public networks represent a new opportunity for the application of IEEE 802 technologies, which have their basis on Ethernet Technology. In both Access and Metropolitan and Core networks there is a growing demand for the installation of equipments with a large number of Ethernet interfaces. In some cases, equipments capable of emulating the services of the ATM/SDH legacy technologies over Ethernet (and vice versa) are chosen. In this manner, new protocols and data transmission forms using Ethernet technology are emerging in order to consolidate the convergence of circuit switching networks (traditional infrastructure) and packet switching networks; with the common objetive of constituting a more uniform, flexible, low-cost network. A good example is the incorporation of Operation, Administration and Maintenance (OAM) protocols in Ethernet networks, which allow a control level similar to that one of technologies such as ATM and SDH. OAM allows the monitoring of network fails, the configuration and tracking the security events, as well as the counting of traffic per client in a way that permits to attend several SLAs (Service-Level Agreements). In order to bring this to reality, it is critical to reinforce the control of the edge which limits the client network from the public networks. With this aim, standards such as IEEE P802.1aj are emerging; this standard defines a network demarcation device, which is used as a service controlling entity between the provider and the end customer, having as main feature the OAM support in the link with the service provider. This work is focused on this device, commercially known as Ethernet Demarcation Device (EDD). The principal objective of this work is to develop SoPC (System-on-a-Programable chip) architectures for an EDD, starting from the development of Intellectual Property Cores (IP). Two EDD architectures were designed, which allow the packet forwarding between two Ethernet interfaces and incorporate a Soft processor Microblaze for the SW implementation of the OAM protocol according to the standard IEEE802.3ah. As a result, eight IP cores were elaborated: Soft IP Core Fast Ethernet MAC (FEMAC), Soft IP Core Gigabit Ethernet MAC (GEMAC), Soft IP Core Packet FIFO, Soft IP Core OAM Ethernet, Soft IP Core MII Managment (MIIM), Soft IP Core PHY Ethernet PCS/PMA 1000Base-X (PHY1000X) and the Soft IP Core Bit-Error Rate Tester (BERT). All IP modules were described in VHDL and then synthesized for the FPGA Xilinx Virtex-II Pro device, as well as for standard-cells using the CMOS AMS 0.35um technology for the modules FEMAC and GEMAC. The synthesis results show that the module MIIM and module PHY1000X have a better use of the area resources than the ones available in OpenCores and CoreGen of Xilinx respectively. The SoPC architectures were prototyped on AVNET Virtex-II Pro Development kit Board, which allows communication with network devices through electrical and optical interfaces. Finally, we propose a validation methodology of both architecture so these are able to attend a maximum throughput regimen (1Gbit/s ou 100Mbit/s), as well as appropriate levels of approval with what standard IEEE 802.3 defines.

A diminuição no tamanho dos transistores vem aumentando cada vez mais o número de funções que os dispositivos eletrônicos podem realizar. Apesar da diminuição do tamanho mínimo dos transistores, a velocidade máxima dos circuitos não consegue seguir a mesma taxa de aumento. Um dos grandes culpados apontados pelos pesquisadores são as interconexões entre os transistores e também entre os componentes. O aumento no número de interconexões dos circuitos traz consigo um significativo aumento do cosumo de energia, aumento do atraso de propagação dos sinais, além de um aumento da complexidade e custo do projeto dos circuitos integrados. Como uma possível solução a este problema é proposta a utilização de lógica multivalorada, mais especificamente, a lógica quaternária. Os dispositivos FPGAs são caracterizados principalmente pela grande flexibilidade que oferecem aos projetistas de sistemas digitais. Entretanto, com o avanço nas tecnologias de fabricação de circuitos integrados e diminuição das dimensões de fabricação, os problemas relacionados ao grande número de interconexões são uma preocupação para as próximas tecnologias de FPGAs. As tecnologias menores que 90nm possuem um grande aumento na taxa de erros dos circuitos, na lógica combinacional e sequencial. Apesar de algumas potenciais soluções começara a ser investigadas pela comunidade, a busca por circuitos tolerantes a erros induzidos por radiação, sem penalidades no desempenho, área ou potência, ainda é um assunto de pesquisa em aberto. Este trabalho propõe o uso de circuitos quaternários com modificações para tolerar falhas provenientes de eventos transientes. Como principal contribuição deste trabalho destaca-se o desenvolvimento de uma CLB (do inglês Configurable Logic Block) quaternária capaz de suportar eventos transientes e, na possibilidade de um erro, evitá-lo ou corrigi-lo. / The decrease in transistor size is increasing the number of functions that can be performed by the electronic devices. Despite this reduction in the transistors minimum size, the circuit’s speed does not follow the same rate. One of the major reasons pointed out by researchers are the interconnections between the transistors and between the components. The increase in the number of circuit interconnections brings a significant increase in energy consumption, propagation delay of signals, and an increase in the complexity and cost of new technologies IC designs. As a possible solution to this problem the use of multivalued logic is being proposed, more specifically, the quaternary logic. FPGA devices are characterized mainly by offering greater flexibility to designers of digital systems. However, with the advance in IC manufacturing technologies and the reduced size of the minimum fabricated dimensions, the problems related to the large number of interconnections are a concern for future technologies of FPGAs. The sub 90nm technologies have a large increase in the error rate of its functions for the combinational and sequential logic. Although potential solutions are being investigated by the community, the search for circuits tolerant to radiation induced errors, without performance, area, or power penalties, is still an open research issue. This work proposes the use of quaternary circuits with modifications to tolerate faults from transient events. The main contribution of this work is the development of a quaternary CLB (Configurable Logic Block) able to withstand transient events and the occurrence of soft errors.

Este trabalho tem como objetivo a especificação de um conjunto de módulos de circuito, capazes de executar as funções de multiplexação relativas Hierarquia Digital E1, do ITU-T. A fim de alcançar o objetivo proposto, são realizadas consultas as normas nacionais (Praticas Telebrás) e internacionais (ITU-T) e estudos bibliográficos acerca do projeto e implementação dos circuitos executores das funções de multiplexação E1. Após a fase inicial de especificação e projeto dos módulos de circuito, os mesmos foram submetidos a intensa rotina de simulações, a fim de validar as arquiteturas propostas. Os módulos de circuito projetados são apresentados e descritos. Os resultados das simulações desenvolvidas são mostrados e comentados. Os módulos poderão ser empregados na produção de um chip-set de circuitos integrados para implementação de equipamentos multiplexadores E1. / The aim of this work is the specification of a set of circuit modules, capable to perform the multiplexing functions related to the ITU-T's E1 Digital Hierarchy. In order to reach the proposed objective, the national (Telebris Practices) and international (ITU-7) standards are consulted, as well as bibliographical references for the design and implementation of E1 multiplexing functions performing circuits. After the initial step of specification and design of the circuit modules, they are submitted to an intensive simulation routine, in order to validate the proposed architectures. The designed circuit modules are presented and described. The simulation results are shown and discussed. These modules may be used in the production of an integrated circuits chip-set, for implementation of El multiplexing equipments.

Com o avanço da tecnologia de fabricação de chips o atraso em fios globais será maior que o atraso em portas lógicas. Além disso, fios globais longos são mais suscetíveis a problemas de integridade como crosstalk. Uma proposta recente de interconnecção global chamada redes intra-chip reduz essas limitações referentes a fios longos. Além dessas vantagens, redes intra-chip permitem desacoplar comunicação e computação, dividindo um sistema em sub tarefas independentes. Devido as essas vantagens é possível integrar mais lógica em um chip que usa redes intra-chip. Entretanto, o acréscimo de lógica no chip aumenta o custo de teste. Os módulos do chip precisam de mecanismos para transportar dados de teste, que são tipicamente barramentos usados exclusivamente para teste. Entretanto, como mencionado anteriormente, fios globais são caros e acrescentar barramentos de teste pode não ser possível em um futuro próximo. Por outro lado, uma rede intra-chip tem acesso a maioria dos módulos do chip. Esta rede pode ser usada para transportar dados de teste, evitando o acréscimo de barramentos dedicados ao teste. O objetivo dessa tese é estudar o uso de redes intra-chip para o transporte de dados de teste, enfatizando uma abordagem genérica que possa ser aplicada a uma dada rede. Para tanto, essa tese foi divida em três partes: modelos, projeto, e otimização. A tese propõe um modelo funcional de rede que é compatível com a maioria das recém propostas redes intra-chip. O modelo de teste, baseado no modelo funcional da rede, compreende o conjunto de informações necessárias para otimizar a arquitetura de teste. A arquitetura de teste, por sua vez, consiste de lógica para teste e algoritmo de otimização. A lógica de teste compreende lógica para ATE interface e lógica envoltória para módulos de hardware. Os algoritmos otimizam o tempo de teste e a área de lógica de teste no nível dos módulos e no nível do chip. Uma arquitetura convencional de teste de SoCs baseada em barramento de teste dedicado foi comparada com a arquitetura proposta para SoCs baseados em redes intra-chip. Os resultados apontam que o tempo de teste do SoC com a arquitetura proposta aumenta em média 5%. Os resultados também mostram que a lógica de teste da arquitetura proposta é cerca de 20% maior que na arquitetura de teste convencional. Por outro lado, o fluxo de projeto baseado na arquitetura de teste proposta é mais simples que a convencional. Além disso, a arquitetura proposta reduz o nÚmero de fios globais em torno de 20% a 50% para SoCs complexos. Estes resultados demonstram que a arquitetura proposta é melhor para sistemas complexos com um grande nÚmero de módulos. / With the advance of microchip technology, global and long wires will cost more in terms of delay than in terms of logic gates. ln addition, long wires are more susceptible to signal integrity problems such as crosstalk. A recently proposed global interconnect called network-on-chip alleviates the limitation of long wires. Moreover, on-chip networks allow decoupling communication and computation to divide a complete system into manageable and independent sub tasks. Thus, it is possible to integrate more logic into the chip using network-on-chip. However, the complexity growth of cores also increases the test costs since more logic is embedded into a single chip. These embedded cores need a test access mechanism for test data transportation, typically implemented as test-dedicated buses. As mentioned before, global wires are expensive, then, adding test buses may not be feasible in the near future. On the other hand, the on-chip network has access to most cores of the chip. This network could be used also for test data transportation, avoiding additional test-dedicated buses. The goal of this thesis is to study the reuse of on-chip networks for test data transportation, looking for a general reuse approach that can be easily used in a given network. To reach this goal, the thesis is divided in three parts: models, design, and optimization. This thesis proposes a functional model of a network, compatible with most recently proposed best-effort on-chip networks. Based on this functional model, a test model is devised. The test model comprises of a set of necessary and sufficient information required to optimize the test architecture. The test architecture consists of DfT logic and scheduling algorithm. The design of DfT logic comprises adaptation logic for the external tester and test wrappers for the modules. The optimization procedure, focused on mesh-based best-effort NoCs, schedules test data such that the chip test length and DfT silicon are a are minimized. A conventional SoC test architecture based on test-dedicated buses is compared to the proposed approach for best-effort NoCs. The experimental results show that SoC test length has increased 5% on average. The results have also shown that the are a overhead for proposed DfT is around +20% compared to the silicon area to implement the DfT of a convehtional test architecture. On the other hand, we have also presented a simpler design fiow and 20% to 50% of global wiring savings due to the use of NoC for test data transportation. The results corroborate with the conclusion that the proposed NoC reuse is a good approach for complex systems based on a large number of cores and routers.

Dispositivos integrados de sistemas-em-chip (SoC), especialmente aqueles dedicados às aplicações multimídia, processam grandes quantidades de dados armazenados em memórias. O desempenho das portas de memória afeta diretamente no desempenho do sistema. A melhor utilização do espaço de armazenamento de dados e a redução do custo e do consumo de potência dos sistemas eletrônicos encorajam o desenvolvimento de arquiteturas eficientes para controladores de memória. Essa melhoria deve ser alcançada tanto para interfaces com memórias internas quanto externas ao chip. Em sistemas de processamento de vídeo, por exemplo, memórias de grande capacidade são necessárias para armazenar vários quadros de imagem enquanto que os algoritmos de compressão fazem a busca por redundâncias. No caso de sistemas implementados em tecnologia FPGA é possível utilizar os blocos de memória disponíveis internamente ao FPGA, os quais são limitados a poucos mega-bytes de dados. Para aumentar a capacidade de armazenamento de dados é necessário usar elementos de memória externa e um núcleo de propriedade intelectual (IP) de controlador de memória é necessário. Contudo, seu desenvolvimento é uma tarefa muito complexa e nem sempre é possível utilizar uma solução "sob demanda". O uso de FPGAs para prototipar sistemas permite ao desenvolvedor integrar módulos rapidamente. Nesse caso, a verificação do projeto é uma questão importante a ser considerada no desenvolvimento de um sistema complexo. Controladores de memória de alta velocidade são extremamente sensíveis aos atrasos de propagação da lógica e do roteamento. A síntese a partir de uma descrição em linguagem de hardware (HDL) necessita da verificação de sua compatibilidade com as especificações de temporização pré-determinadas. Como solução para esse problema, é apresentado nesse trabalho um IP do controlador de memória DDR SDRAM com função de BIST (Built-In Self-Test) integrada, onde o teste de memória é utilizado para verificar o funcionamento correto do controlador. / Many integrated Systems-on-Chip (SoC) devices, specially those dedicated to multimedia applications, process large amounts of data stored on memories. The performance of the memories ports directly affects the performance of the system. Optimization of the usage of data storage and reduction of cost and power consumption of the electronic systems encourage the development of efficient architectures for memory controllers. This improvement must be reached either for embedded or external memories. In systems for video processing, for example, large memory arrays are needed to store several video frames while compression algorithms search for redundancies. In the case of FPGA system implementation, it is possible to use memory blocks available inside FPGA, but for only a few megabytes of data. To increase data storage capacity it is necessary to use external memory devices and a memory controller intellectual property (IP) core is required. Nevertheless, its development is a very complex task and it is not always possible to have a custom solution. Using FPGA for system prototyping allows the developer to perform rapid integration of modules to exercise a hardware version. In this case, test is an important issue to be considered in a complex system design. High speed memory controllers are very sensitive to gate and routing delays and the synthesis from a hardware description language (HDL) needs to be verified to comply with predefined timing specifications. To overcome these problems, a DDR SDRAM controller IP was developed which integrate the BIST (Built-In Self-Test) function, where the memory test is used to check the correct functioning of the DDR controller.

Na atualidade, as redes públicas de comunicação de dados representam uma nova oportunidade para a aplicação das tecnologias IEEE 802 (baseadas na tecnologia Ethernet). Tanto nas redes de acesso, como nas redes metropolitanas e de núcleo, existe uma crescente demanda pela instalação de equipamentos com grande número de interfaces Ethernet. Em alguns casos, opta-se por equipamentos capazes de emular os serviços das tecnologias legadas ATM/SDH sobre Ethernet e viceversa. Nesse sentido, novos protocolos e novas formas de transmissão de dados utilizando a tecnologia Ethernet estão surgindo para consolidar a convergência das redes de comutação de circuitos (infraestrutúra legada) e as redes de comutação de pacotes; com a ideia de constituir uma rede mais homogênea, flexível e de baixo custo. Um claro exemplo é a adessão dos protocolos de Operação, Administração e Manuntenção (OAM) nas redes Ethernet, os quais permitem um nível de controle semelhante ao de tecnologias como ATM e SDH. OAM possibilita a monitoração de falhas na rede, a configuração e o acompanhamento dos eventos de segurança, assim como também a contabilização de tráfego por assinante; permitindo desta forma o atendimento de diferentes SLAs (Service-Level Agreements) de clientes. Para que isto seja uma realidade, é muito importante reforçar o controle da borda que delimita a rede do cliente final da rede pública. Com esse fim, estão surgindo normas como a IEEE P802.1aj, que define um dispositivo de demarcação de rede que serve como entidade controladora de serviços entre o provedor e o cliente final; sendo sua principal característica o suporte OAM no enlace com o provedor de serviços. Este dispositivo - conhecido comercialmente como Ethernet Demarcation Device (EDD)- é o foco do presente trabalho. Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver arquiteturas System-on-a-Programable Chip (SoPC) para um EDD de duas portas, partindo do desenvolvimento de módulos de propriedade intelectual (IP). Foram projetadas duas arquiteturas de EDD, as quais permitem o encaminhamento de pacotes entre duas portas Ethernet e incorporam um processador MicroBlaze para implementação Software do protocolo OAM, segundo a norma IEEE 802.3ah. Como resultado, foram elaborados 7 módulos IP: Módulo Fast Ethernet MAC (FEMAC), Módulo Gigabit Ethernet MAC (GEMAC), Módulo Packet FIFO, Módulo OAM Ethernet, Módulo MII Managment (MIIM), Módulo PHY Ethernet PCS/PMA 1000Base-X (PHY1000X) e Módulo Bit-Error Rate Tester (BERT). Todos os módulos foram descritos em VHDL e logo sintetizados para um dispositivo FPGA da família Virtex-II Pro da Xilinx, quanto para standard-cells utilizando a tecnologia CMOS AMS 0.35μm únicamente nos Módulos FEMAC e GEMAC. Os resultados de síntese mostram que o Módulo MIIM e o Módulo PHY1000X possuim um melhor aproveitamento de recursos de área que seus equivalentes disponíveis no OpenCores e no CoreGen da Xilinx, respectivamente. As arquiteturas SoPC foram prototipadas sobre a placa de desenvolvimento AVNET Virtex-II Pro, a qual permite comunicação com dispositivos de rede através de interfaces elétricas e ópticas. Finalmente, é proposta uma metodologia de validação física das arquiteturas alvo para estas atenderem o regime de vazão máxima (1Gbit/s ou 100Mbit/s), assim como também testes de conformidade como os definidos pela norma IEEE 802.3. / Nowadays, public networks represent a new opportunity for the application of IEEE 802 technologies, which have their basis on Ethernet Technology. In both Access and Metropolitan and Core networks there is a growing demand for the installation of equipments with a large number of Ethernet interfaces. In some cases, equipments capable of emulating the services of the ATM/SDH legacy technologies over Ethernet (and vice versa) are chosen. In this manner, new protocols and data transmission forms using Ethernet technology are emerging in order to consolidate the convergence of circuit switching networks (traditional infrastructure) and packet switching networks; with the common objetive of constituting a more uniform, flexible, low-cost network. A good example is the incorporation of Operation, Administration and Maintenance (OAM) protocols in Ethernet networks, which allow a control level similar to that one of technologies such as ATM and SDH. OAM allows the monitoring of network fails, the configuration and tracking the security events, as well as the counting of traffic per client in a way that permits to attend several SLAs (Service-Level Agreements). In order to bring this to reality, it is critical to reinforce the control of the edge which limits the client network from the public networks. With this aim, standards such as IEEE P802.1aj are emerging; this standard defines a network demarcation device, which is used as a service controlling entity between the provider and the end customer, having as main feature the OAM support in the link with the service provider. This work is focused on this device, commercially known as Ethernet Demarcation Device (EDD). The principal objective of this work is to develop SoPC (System-on-a-Programable chip) architectures for an EDD, starting from the development of Intellectual Property Cores (IP). Two EDD architectures were designed, which allow the packet forwarding between two Ethernet interfaces and incorporate a Soft processor Microblaze for the SW implementation of the OAM protocol according to the standard IEEE802.3ah. As a result, eight IP cores were elaborated: Soft IP Core Fast Ethernet MAC (FEMAC), Soft IP Core Gigabit Ethernet MAC (GEMAC), Soft IP Core Packet FIFO, Soft IP Core OAM Ethernet, Soft IP Core MII Managment (MIIM), Soft IP Core PHY Ethernet PCS/PMA 1000Base-X (PHY1000X) and the Soft IP Core Bit-Error Rate Tester (BERT). All IP modules were described in VHDL and then synthesized for the FPGA Xilinx Virtex-II Pro device, as well as for standard-cells using the CMOS AMS 0.35um technology for the modules FEMAC and GEMAC. The synthesis results show that the module MIIM and module PHY1000X have a better use of the area resources than the ones available in OpenCores and CoreGen of Xilinx respectively. The SoPC architectures were prototyped on AVNET Virtex-II Pro Development kit Board, which allows communication with network devices through electrical and optical interfaces. Finally, we propose a validation methodology of both architecture so these are able to attend a maximum throughput regimen (1Gbit/s ou 100Mbit/s), as well as appropriate levels of approval with what standard IEEE 802.3 defines.

Este trabalho tem como objetivo a especificação de um conjunto de módulos de circuito, capazes de executar as funções de multiplexação relativas Hierarquia Digital E1, do ITU-T. A fim de alcançar o objetivo proposto, são realizadas consultas as normas nacionais (Praticas Telebrás) e internacionais (ITU-T) e estudos bibliográficos acerca do projeto e implementação dos circuitos executores das funções de multiplexação E1. Após a fase inicial de especificação e projeto dos módulos de circuito, os mesmos foram submetidos a intensa rotina de simulações, a fim de validar as arquiteturas propostas. Os módulos de circuito projetados são apresentados e descritos. Os resultados das simulações desenvolvidas são mostrados e comentados. Os módulos poderão ser empregados na produção de um chip-set de circuitos integrados para implementação de equipamentos multiplexadores E1. / The aim of this work is the specification of a set of circuit modules, capable to perform the multiplexing functions related to the ITU-T's E1 Digital Hierarchy. In order to reach the proposed objective, the national (Telebris Practices) and international (ITU-7) standards are consulted, as well as bibliographical references for the design and implementation of E1 multiplexing functions performing circuits. After the initial step of specification and design of the circuit modules, they are submitted to an intensive simulation routine, in order to validate the proposed architectures. The designed circuit modules are presented and described. The simulation results are shown and discussed. These modules may be used in the production of an integrated circuits chip-set, for implementation of El multiplexing equipments.