INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

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PROGRAMA SINTÉTICO

UNIDAD ACADÉMICA: ESCUELA SUPERIOR DE CÓMPUTO

PROGRAMA ACADÉMICO: Ingeniería en Sistemas Computacionales

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Programación Avanzada de Dispositivos FPGA

NIVEL: III

PROPÓSITO DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE :

Implementa circuitos digitales avanzados con base en dispositivos lógicos programables de campo.

CONTENIDOS:

I. Arquitecturas de FPGA

II. Análisis de aplicaciones FPGA III. Diseño de aplicaciones FPGA IV. Simulación de diseños

V. Síntesis y enrutado de diseños VI. Análisis de rendimiento y depuración

ORIENTACIÓN DIDÁCTICA:

La presente unidad de aprendizaje se abordará a partir de la estrategias aprendizaje colaborativo; el docente aplicará los métodos deductivo e inductivo con los cuales se llevarán a cabo lasactividades de aprendizaje, que orientarán el desarrollo de habilidades de abstracción, análisis y diseño de algoritmos eficientes; utilizando herramientas teóricas y prácticas, tal es el caso de la realización de circuitos, empleando un lenguaje de

descripción de hardware (HDL) que evidencien los conceptos de la unidad. Las actividades que se realizarán en clase fomentarán en los estudiantes algunas técnicas, tales como: trabajo colaborativo, participativo, lluvia de ideas, organizadores gráficos, indagación documental, exposición de temas complementarios, discusión dirigida, así como la realización de prácticas de laboratorio.

EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:

La presente Unidad de Aprendizaje se evaluará a partir del portafolio de evidencias, el cual se conforma de: evaluación formativa, sumativa y rúbricas de autoevaluación, coevaluación y heteroevaluación.

Esta unidad de aprendizaje también se puede acreditar mediante:

• Evaluación de saberes previamente adquiridos, con base en los lineamientos establecidos por la academia.

• Acreditación en otra UA del IPN u otra institución educativa nacional o internacional y que cubra al menos el 80% de la UA aquí propuesta.

BIBLIOGRAFÍA:

• Cofer, R.C. (2006). Rapid System Prototyping with FPGAs, Accelerating the Design Process. UK: Elsevier-Newnes. ISBN: 978-0-7506-7866-7.

• Deschamps, J. P. (2006). Synthesys of Arithmetic Circuits FPGA, ASIC, and Embedded Systems. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 978-0471-68783-2.

• Ion, G. (2008). Digital Systems Design with FPGAS, UK: Elsevier-Newnes. ISBN-13: 978-0-7506-8397-5. • Kilts, S. (2007). Advanced FPGA Design Architecture, Implementation, and Optimization. New Jersey:

John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-470-05437-6.

• Pong, P. C. (2008). FPGA Prototyping by VHDL examples. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 978-0-471-72092-8.

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UNIDAD ACADÉMICA: ESCUELA SUPERIOR DE CÓMPUTO.

PROGRAMA ACADÉMICO:Ingeniería en Sistemas Computacionales.

ÁREA DE FORMACIÓN: Profesional.

MODALIDAD: Escolarizada.

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Advanced FPGA Devices Programming.

TIPO DE UNIDAD DE APRENDIZAJE: teórico – práctica obligatoria

VIGENCIA: Agosto 2012

NIVEL: III

CRÉDITOS: 7.5 Tepic – 4.39 SATCA

INTENCIÓN EDUCATIVA

Esta unidad de aprendizaje contribuye al perfil de egresado en Ingeniería en Sistemas Computacionales, al desarrollar las habilidades de las unidades de aprendizaje: Diseño de Sistemas Digitales y Arquitectura de Computadoras, empleando el proceso de desarrollo de aplicaciones basadas en dispositivos lógicos programables de campo. Así mismo, se desarrolla el pensamiento estratégico, el pensamiento creativo, el trabajo colaborativo y participativo y la comunicación asertiva.

Requiere del dominio de las unidades de aprendizaje: Fundamentos de Diseño Digital, Diseño de Sistemas Digitales y Arquitectura de Computadoras, así como de la habilidad de describir un circuito electrónico empleando un lenguaje de descripción de hardware para programar soluciones sobre un dispositivo lógico programable (FPGA).

PROPÓSITO DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE:

TIEMPOS ASIGNADOS: HORAS TEORÍA/SEMANA:3.0 HORAS PRÁCTICA/SEMANA:1.5 HORAS TEORÍA/SEMESTRE:54 HORAS PRÁCTICA/SEMESTRE:27 HORAS DE APRENDIZAJE AUTÓNOMO:54 HORAS TOTALES/SEMESTRE:81

UNIDAD DE APRENDIZAJE DISEÑADA POR: Academia de Sistemas Digitales.

REVISADA POR:

Dr. Flavio Arturo Sánchez Garfias Subdirección Académica APROBADA POR:

Ing. Apolinar Francisco Cruz Lázaro Presidente del CTCE.

AUTORIZADO POR:

Comisión de Programas Académicos del Consejo General Consultivo del IPN 2012.

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Ing. Rodrigo de Jesús Serrano Domínguez

Secretario Técnico de la Comisión de Programas Académicos

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UNIDAD DE APRENDIZAJE: Programación Avanzada de Dispositivos FPGA. HOJA: 3 DE 11

N° UNIDAD TEMÁTICA: I NOMBRE: Arquitecturas de FPGA

UNIDAD DE COMPETENCIA

Analiza las arquitecturas de dispositivos lógicos programables de campo con base en el tipo de tecnología utilizado.

No. CONTENIDOS

HORAS con docente

HORAS (Aprendizaje

Autónomo) _{BIBLIOGRÁFICA}CLAVE

T P T P 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.2 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4

Los dispositivos lógicos programables Dispositivos GAL, PAL

Dispositivos SPLD Dispositivos CPLD Dispositivos FPGA

Arquitectura de FPGA Bloques Lógicos

Matriz de enrutamiento y señales globales Bloques de entrada y salida

Memoria de FPGA 0.5 0.5 2.0 2.0 3B Subtotales: 1.0 4.0 ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE

Encuadre del curso y formación de equipos.

La presente unidad se abordará a partir de la estrategia de aprendizaje colaborativo, el docente aplicará el método de enseñanza inductivo, lo que permitirá la consolidación de las siguientes técnicas de aprendizaje: indagación documental, ficha de trabajo, mapas conceptuales, exposición en equipo de temas complementarios.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES

Evaluación diagnóstica Portafolio de evidencias: Ficha de trabajo Mapa conceptual Exposición en equipo Rúbricas de autoevaluación Rúbricas de coevaluación Evidencia de aprendizaje escrita 10% 5% 15% 5% 5% 60%

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N° UNIDAD TEMÁTICA: II NOMBRE: Análisis de aplicaciones FPGA.

Caracteriza las etapas involucradas en una aplicación con base en dispositivos lógicos programables de campo.

T P T P 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 Volúmenes de trabajo Latencia Temporización Áreas de síntesis Optimización de Áreas Potencia Optimización de potencia 0.5 0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 2.0 0.5 0.5 0.5 0.5 4B Subtotales: 2.0 3.0 8.0 2.0 ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE

La presente unidad se abordará a partir de la estrategia de aprendizaje colaborativo, el docente aplicará el método de enseñanza deductivo, lo que permitirá la consolidación de las siguientes técnicas de aprendizaje: ficha de trabajo, indagación documental, discusión dirigida, mapas conceptuales, resolución de problemas, exposición en equipo de temas complementarios y realización de prácticas.

Evaluación diagnóstica Portafolio de evidencias: Ficha de trabajo Mapa conceptual Problemario Exposición en equipo Reportes de práctica

Implementación del proyecto Rúbricas de autoevaluación

Rúbricas de coevaluación Evidencia de aprendizaje escrita

5% 5% 10% 10% 20% 10% 5% 5% 30%

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N° UNIDAD TEMÁTICA: III NOMBRE: Diseño de aplicaciones FPGA.

Diseña aplicaciones de hardware con base en dispositivos lógicos programables de campo.

Autónomo) BIBLIOGRÁFICA CLAVE

T P T P 3.1 3.2 3.3 3.4 Diseño jerárquico

Diseño a nivel comportamiento Diseño a nivel flujo de datos Diseño a nivel de compuerta

0.5 0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 2.0 0.5 0.5 0.5 0.5 6B Subtotales: 2.0 4.0 8.0 2.0 ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE

Rúbricas de coevaluación Evidencia de aprendizaje escrita

5% 5% 10% 10% 20% 10% 5% 5% 30%

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N° UNIDAD TEMÁTICA: IV NOMBRE: Simulación de diseños.

Simula el funcionamiento de aplicaciones con base en dispositivos lógicos programables de campo.

T P T P 4.1 4.2 4.3 4.4 Simulación de comportamiento Simulación funcional Simulación de tiempos

Simulación a nivel de circuito impreso

0.5 0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 2.0 2.0 2.0 0.5 0.5 0.5 0.5 4B Subtotales: 2.0 4.0 8.0 2.0 ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE

La presente unidad se abordará a partir de la estrategia de aprendizaje colaborativo, el docente aplicará el método de enseñanza deductivo, lo que permitirá la consolidación de las siguientes técnicas de aprendizaje: lluvia de ideas, ficha de trabajo, indagación documental, discusión dirigida, mapas conceptuales, resolución de problemas, exposición en equipo de temas complementarios y realización de prácticas.

Rúbricas de coevaluación

Evidencia de aprendizaje escrita 5% 5% 10% 10% 20% 10% 5% 5% 30%

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N° UNIDAD TEMÁTICA: V NOMBRE: Síntesis y enrutado de diseños.

Diseña aplicaciones de hardware con base en la optimización de los procesos y variables que intervienen en las etapas de síntesis y enrutamiento.

Autónomo) BIBLIOGRÁFICA CLAVE

T P T P 5.1 5.1.1 5.1.2 5.2 5.3 5.4 5.5

Síntesis y optimización de diseños Síntesis Lógica

Síntesis Física

Partición de diseños con planos Optimización de planos

Generación de restricciones

Reducción de retardos en enrutamiento

0.5 0.5 0.5 0.5 1.0 1.0 1.0 1.0 2.0 2.0 3.0 2.0 2.0 0.5 0.5 0.5 0.5 1B,2B Subtotales: 2.0 4.0 11.0 2.0 ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE

La presente unidad se abordará a partir de la estrategia de aprendizaje colaborativo, el docente aplicará el método de enseñanza deductivo, lo que permitirá la consolidación de las siguientes técnicas de aprendizaje: lluvia de ideas, ficha de trabajo, indagación documental, discusión dirigida, mapas conceptuales, resolución de problemas, exposición en equipo de temas complementarios y realización de prácticas.

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N° UNIDAD TEMÁTICA: VI NOMBRE: Análisis de rendimiento y depuración.

Evalua el correcto funcionamiento de aplicaciones de hardware con base en pruebas de campo.

T P T P 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 Pruebas de Software Pruebas de hardware

Protocolos de prueba y configuración Pruebas a nivel de tarjeta

0.5 0.5 1.0 1.0 2.0 3.0 1.0 1.0 3B,4B Subtotales: 1.0 2.0 5.0 2.0 ESTRATEGIAS DE APRENDIZAJE

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RELACIÓN DE PRÁCTICAS

PRÁCTICA No.

NOMBRE DE LA PRÁCTICA UNIDADES

TEMÁTICAS

DURACIÓN LUGAR DE REALIZACIÓN

1

2

3

4

5

Ejemplos de diseños básicos

Unidad de punto flotante

Unidad transmisora receptora asíncrona

Interface PS2-Teclado Interface PS2- Ratón II III IV V VI 5.0 6.0 6.0 6.0 4.0 Laboratorios de Electrónica Digital de la ESCOM-IPN. TOTAL DE HORAS 27.0 EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:

Las prácticas aportan el 20% de la calificación de las unidades temática II, III, IV y V.

Las prácticas se consideran requisito indispensable para acreditar esta unidad de aprendizaje.

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PERÍODO UNIDAD PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN

1 2 3 I y II III y IV V y VI Evaluación continua 70% Evidencia de aprendizaje 30% Evaluación continua 70% Evidencia de aprendizaje 30% Evaluación continua 70% Evidencia de aprendizaje 30%

La Unidad I aporta el 5% de la calificación final. La Unidad II aporta el 18% de la calificación final. La Unidad III aporta el 18% de la calificación final. La Unidad IV aporta el 22% de la calificación final. La Unidad V aporta el 27% de la calificación final. La Unidad V aporta el 10% de la calificación final.

Esta unidad de aprendizaje también se puede acreditar mediante:

• Evaluación de saberes previamente adquiridos, con base en los lineamientos establecidos por la academia.

• Acreditación en otra UA del IPN u otra institución educativa nacional o internacional y que cubra al menos el 80% de la UA aquí propuesta.

CLAVE B C BIBLIOGRAFÍA 1 2 3 4 5 6 X X X X X X

Cofer, R.C. (2006). Rapid System Prototyping with FPGAs, Accelerating the Design Process. UK: Elsevier-Newnes. ISBN: 978-0-7506-7866-7.

Deschamps, J. P. (2006). Synthesys of Arithmetic Circuits FPGA, ASIC, and Embedded Systems. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 978-0471-68783-2.

Ion, G. (2008). Digital Systems Design with FPGAS, UK: Elsevier-Newnes. ISBN-13: 978-0-7506-8397-5.

Kilts, S. (2007). Advanced FPGA Design Architecture, Implementation, and Optimization. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-470-05437-6.

Parnell, K. (2003). Programmable Logic Design Quick Start Handbook. USA: Xilinx Inc. PN 0402205 Rev. 3, 10/03.

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PERFIL DOCENTE POR UNIDAD DE APRENDIZAJE

1. DATOS GENERALES

UNIDAD ACADÉMICA: ESCUELA SUPERIOR DE CÓMPUTO

PROGRAMA ACADÉMICO:

INGENIERÍA EN SISTEMAS

COMPUTACIONALES NIVEL III

ÁREA DE FORMACIÓN: Institucional Científica

Básica

Profesional Terminal y de Integración

ACADEMIA: Sistemas Digitales UNIDAD DE APRENDIZAJE: Programación Avanzada

de Dispositivos FPGA.

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Maestro en Ciencias Computación, o en un área afín.

2. PROPÓSITO DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE:

3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL HABILIDADES ACTITUDES • Diseño de sistemas digitales. • Arquitectura de computadoras. • Microprocesadores y microcontroladores • Uno o más lenguajes de descripción de hardware. • Conocimiento de dispositivos lógicos programables • MEI. • Idioma inglés. • Experiencia de un año en la industria (de preferencia, no indispensable).

• Experiencia de un año en cursos de diseño de sistemas digitales.

• Experiencia de dos años en el manejo de grupos y en el trabajo colaborativo. • Experiencia de un año

como Docente de Nivel Superior.

• Análisis y síntesis. • Liderazgo.

• Toma de decisiones. • Manejo de grupos. • Fluidez verbal de ideas. • Habilidades didácticas. • Reflexivo. • Deductivo. • Asertivo.. • Responsable. • Honesto. • Tolerante. • Colaborativo.

ELABORÓ REVISÓ AUTORIZÓ

M. en C. Miguel Ángel Vivanco

Profesor Coordinador

Dr. Julio Cesar Sosa Savedra M. en C. Victor Hugo García Ortega

Dr. Mario Aldape Pérez

Profesores Colaboradores

Dr. Flavio Arturo Sánchez Garfias Subdirector Académico

Ing. Apolinar Francisco Cruz Lázaro Director