En estas últimas décadas la tecnología ha avanzado exponencialmente, permitiendo que casi cualquier persona con las herramientas y conocimiento correctos pueda hacer lo que hace pocos años era la tarea de un grupo de especialistas dotados con potentes estaciones de trabajo y herramientas de software muy costosas. Una muestra de esto, es que hoy en día se cuenta con software libre muy elaborado que ha permitido hacer uso de la metodología de diseño para implementar sistemas electrónicos digitales, ya sea como tema de investigación formal o como simple instrumento para llevar a cabo un proyecto académico. En este artículo se explica la metodología seguida para diseñar una Contador de Centenas, haciendo uso de un completo conjunto de herramientas que cubren muchas etapas del proceso de diseño de un circuito VLSI, incorporados dentro de una herramienta de desarrollo electrónico llamado Alliance CAD, desarrollado en el Laboratorio LIP6 de la Universidad Pierre y Marie Curie de París.Abstract: Nowadays, the rapidly increase of technologies and free- specialized software have led many people
with skills and good knowledge to do research and development projects that were only possible if
they had powerful workstations and expensive specialized software. Furthermore, the constant use of
free- specialized software, which is based on standardized rules that can be use not only for formal investigation
but for academic purposes as well, has allow reducing cost for designing and synthesizing
digital circuits. In this paper, we show the methodology to design a digital counter, using Alliance CAD, which is a
complete free-set tools developed by LIP6 at the University Pierre and Marie Curie of Paris, and allow to design and synthesize digital VLSI circuits

Carrillo L., Snaider

Ponce I., Alfredo

Prospectiva

Spanish

Universidad Autónoma del Caribe

7Metodología para diseñar un Contador de 
Centenas utilizando Alliance CAD
Snaider Carrillo L.*, Alfredo Ponce I.**
*MSc en Ingeniería Electrónica. Profesor Asociado 
Universidad Autónoma del Caribe. 
 Director del Grupo de Investigación en Ingeniería Electrónica 
y Telecomunicaciones – IET. snaidercl@ieee.org
**MSc en Ingeniería Electrónica. Miembro del Grupo de 
Investigación en Ingeniería Naval. poncea@javeriana.edu.co
RESUMEN
En estas últimas décadas la tecnología ha avanzado exponencialmente, permitiendo que casi cualquier 
persona con las herramientas y conocimiento correctos pueda hacer lo que hace pocos años era la tarea 
de un grupo de especialistas dotados con potentes estaciones de trabajo y herramientas de software 
muy costosas. Una muestra de esto, es que hoy en día se cuenta con software libre muy elaborado que 
ha permitido hacer uso de la metodología de diseño para implementar sistemas electrónicos digitales, 
ya sea como tema de investigación formal o como simple instrumento para llevar a cabo un proyecto 
académico.
En este artículo se explica la metodología seguida para diseñar una Contador de Centenas, haciendo uso 
de un completo conjunto de herramientas que cubren muchas etapas del proceso de diseño de un cir-
cuito VLSI, incorporados dentro de una herramienta de desarrollo electrónico llamado Alliance CAD, 
desarrollado en el Laboratorio LIP6 de la Universidad Pierre y Marie Curie de París. 
Palabras clave: Alliance CAD, EDA, Unidad Lógica Aritmética, VHDL, HDL.
ABSTRACT
Nowadays, the rapidly increase of technologies and free- specialized software have led many people 
with skills and good knowledge to do research and development projects that were only possible if 
they had powerful workstations and expensive specialized software. Furthermore, the constant use of 
free- specialized software, which is based on standardized rules that can be use not only for formal in-
vestigation but for academic purposes as well, has allow reducing cost for designing and synthesizing 
digital circuits.
In this paper, we show the methodology to design a digital counter, using Alliance CAD, which is a 
complete free-set tools developed by LIP6 at the University Pierre and Marie Curie of Paris, and allow 
to design and synthesize digital VLSI circuits.
Key words: Alliance CAD, EDA, Digital Counter, VHDL, HDL.
Prospectiva Vol. 7, No. 1, Enero - Junio de 2009, págs. 7-12 
A Methodology approached for design 
a hundred meter using Alliance CAD
8Introducción
La tecnología ha avanzado hasta un punto donde casi 
cualquier persona con las herramientas y conocimientos 
correctos podría hacer lo que hace pocos años era la ta-
rea de un grupo de especialistas dotados con potentes 
estaciones de trabajo y herramientas de software muy 
costosas. Tenemos hoy en día computadoras potentes y 
baratas, así como también software libre muy elaborado 
que han permitido encontrar muchas maneras de desa-
rrollar diversos temas de investigación. Esto es verdad 
no solamente en el campo del diseño de páginas web, 
producción de películas, composición de música, y de 
muchos otros campos, sino que ahora se puede extender 
también al campo del diseño de circuitos digitales [1].
En la actualidad, con este tipo de herramientas orien-
tadas al diseño se realizan trabajos de investigación 
e incluso se prueban circuitos integrados complejos. 
Tomando ventaja de esto, la Pontificia Universidad 
Javeriana, ofrece a través de su programa de Maestría 
en Ingeniería Electrónica un curso de Introducción al 
Diseño VLSI. En este curso se empieza por dar las no-
ciones básicas de los circuitos y arquitecturas de los 
sistemas digitales elementales y cuál es la metodología 
a seguir para poder, de una manera eficiente, utilizar 
estos bloques para implementar un sistema digital 
más complejo. Como una forma de poner en práctica 
todos los conceptos teóricos dados en la asignatura, se 
realizó el presente proyecto, haciendo uso de la herra-
mienta de diseño Alliance CAD.
A pesar de que la herramienta de diseño Alliance CAD 
ha sido desarrollada por voluntarios e investigadores 
como un medio para enseñar y hacer investigación, di-
cha herramienta carece de la documentación adecua-
da para los que empiezan a trabajar en el campo del 
diseño digital y aquellos que necesitan información 
detallada para usar esas herramientas en educación, 
diseño básico y/o prueba de circuitos. 
Por lo anterior, el objetivo de este artículo es presentar 
la metodología seguida en la asignatura Introducción 
al Diseño VLSI para Diseñar un Contador de Centenas 
desde su especificación hasta llegar a la implementación 
física del circuito (layout), con el fin de que el mismo 
sirva como referencia para aquellos estudiantes e inves-
tigadores que deseen hacer uso de la herramienta de 
diseño Alliance CAD en sus futuras investigaciones. 
Lo que resta de este artículo se encuentra organizado 
de la siguiente manera: en la Sección 2, se presenta la 
metodología seguida para lograr la descripción fun-
cional del contador de centenas, así como también las 
herramientas utilizadas en cada uno de los pasos de 
diseño para lograr la implementación física del circui-
to (layout). Finalmente, en la Sección 3, se presentan 
las conclusiones.
Metodología
Los lenguajes de descripción de hardware HDLs 
(Hardware Description Languages), dentro de los que 
se encuentran VHDL y Verilog, son utilizados para 
describir la arquitectura y el comportamiento de un 
sistema electrónico.
Comparando un HDL con los lenguajes para el desa-
rrollo de software, en un lenguaje de este tipo, un pro-
grama que se encuentra en un lenguaje de alto nivel 
necesita ser ensamblado a código máquina para poder 
ser interpretado por el procesador. De igual manera, el 
objetivo de un HDL es describir un circuito mediante 
un conjunto de instrucciones de alto nivel de abstrac-
ción para que el programa de síntesis genere un circui-
to que pueda ser implementado físicamente [2].
Además, hoy en día los HDLs están ampliamente di-
fundidos y estandarizados bajo la IEEE, (VHDL: IEEE 
1076-1993 [3] y Verilog: IEEE 1364-2001[4]), lo cual ga-
rantiza una compatibilidad al momento de desarrollar 
un sistema digital en particular. Con la aparición de 
herramientas EDA (Electronic Design Automation), 
como Alliance CAD, que integran en el mismo marco 
de trabajo las herramientas de descripción de hard-
ware, síntesis y simulación, apareció la necesidad de 
disponer de una metodología de descripción de circui-
tos, que permitiera el intercambio de información en-
tre las diferentes herramientas que componen el ciclo 
de diseño (Ver figura 1) [5].
Debido a lo anterior, en la actualidad se hace uso de la 
metodología de diseño que utilizan los HDL, llamada 
metodología descendente o Top to Down (Ver figura 
2), la cual permite describir (modelado) el compor-
tamiento de los bloques de alto nivel, analizándolos 
(simulación), y refinar la funcionalidad de alto nivel 
requerida antes de llegar a niveles más bajos de abs-
tracción de la implementación del diseño.
Figura 1. Flujo de diseño de un sistema digital, hacien-
do uso de herramientas EDA.
Especificaciones
Entrada del Diseño
Síntesis Lógica Entrada HDL
Simulación HDL (Opcional)
Simulación Funcional
Simulación TemporalImplementación
Programación
Verificación
Metodología para diseñar un Contador de Centenas utilizando Alliance CAD
9La metodología descendente posee varias ventajas so-
bre la metodología de diseño electrónico tradicional, 
especialmente en lo que tiene que ver con el diseño a 
nivel de compuertas. 
A continuación se presentan las ventajas más relevantes:
Es posible verificar el funcionamiento del sistema den-
tro del proceso de diseño sin necesidad de implemen-
tar el circuito.
Las simulaciones del diseño, antes de que éste sea im-
plementado mediante compuertas, permiten probar 
la arquitectura del sistema para tomar decisiones en 
cuanto a cambios en el diseño.
Las herramientas de síntesis disponibles en los EDA 
pueden transformar automáticamente un circuito obte-
nido mediante la síntesis de un código en algún HDL, a 
un circuito pequeño y rápido. Además, es posible aplicar 
ciertas características al circuito dentro de la descripción 
para afinar detalles (retardos, simplificación de com-
puertas etc.) en la arquitectura del circuito y que estas ca-
racterísticas se obtengan en la síntesis de la descripción.
VHDL, en particular permite diseño modular, es decir 
permite dividir o descomponer un diseño hardware y 
su descripción VHDL en unidades más pequeñas. Lo 
cual permite el trabajo en equipo y de esta forma, al 
estructurar el desarrollo del proyecto, cada integrante 
del equipo de diseño puede trabajar en subproyectos 
antes de integrar todas las partes del sistema.
Por un lado se puede describir indicando los diferen-
tes componentes que lo forman, de esta manera se tie-
ne especificado un circuito y se sabe cómo funciona. 
Por otra parte, se puede estar trabajando en paralelo 
en el desarrollo de las celdas necesarias para sintetizar 
el prototipo final.
Figura 2. Metodología de diseño descendente (Top-
Down).
Dado que el fin último de este proyecto es emular a 
pequeña escala el flujo de diseño para el desarrollo 
de sistemas digitales, se escogió un bloque digital que 
permitiera visualizar de forma clara como debía ser el 
flujo a seguir para desarrollar el sistema digital com-
pleto haciendo uso de jerarquías, es decir tomar blo-
ques básicos para construir el sistema completo.
Debido a lo anterior se escogió un contador de centenas, 
la cual se desarrolló a partir de instanciar jerarquías de 
bloques básicos de contadores de decenas, haciendo 
uso de la metodología Top to Down utilizando las he-
rramientas que Alliance CAD proporciona para tal fin.
Para llevar a cabo el diseño se decidió dividir los gru-
pos de diseño en dos partes: un primer grupo que se 
encargó de la descripción funcional del sistema, su 
posterior descripción haciendo uso de un lenguaje 
HDL y simulación funcional. El segundo grupo se en-
cargó del análisis de tiempos y optimización del ta-
maño de las compuertas, así como también de la rea-
lización de las celdas que se utilizaron posteriormente 
para sintetizar el contador de centenas.
Para lograr lo anterior, se utilizó el sistema de herramien-
tas proporcionados por Alliance CAD que nos permite 
diseñar y probar un circuito desde su especificación has-
ta su disposición física (layout) y muchos de sus forma-
tos intermedios. Alliance CAD proporciona una bibliote-
ca de celdas que permite el diseño de circuitos indepen-
diente de la tecnología usada en la etapa de fabricación. 
Las bibliotecas de celdas incluyen una biblioteca de cel-
das estándar y varias celdas de propósito específico para 
memoria y la lógica de la trayectoria de datos.
Muchas de las herramientas de Alliance CAD pueden 
ser utilizadas independientemente como herramientas 
de línea de comando. Otros tienen un interfaz  gráfica 
que requiere las bibliotecas Motif y X11 usadas en mu-
chas variantes de UNIX y Linux. Si proporcionamos 
un archivo tecnológico adecuado, el diseño obtenido 
con Alliance puede ser convertido a formato CIF o 
GDSII para la fabricación del circuito.
Adicionalmente, Alliance CAD proporciona una bi-
blioteca de celdas que permite el diseño de circuitos 
independiente de la tecnología usada en la etapa de 
fabricación, la cual no fue utilizada, ya que una de las 
tareas de los grupos era diseñar celdas personalizadas 
que cumplieran con las especificaciones de velocidad 
obtenidas después de realizar el análisis de retrasos.
El diseño del sistema completo se llevo a cabo en tres 
pasos [6].
2.1. Descripción Funcional del Sistema
En esta etapa del diseño se especificaron las caracterís-
ticas propias del sistema. 
Prospectiva Vol. 7, No. 1, Enero - Junio de 2009, págs. 7-12 
NIVEL ALTO
(TOP)
NIVEL BAJO
(DOWN)
Se diseñó y sintetizó un contador de centenas hacien-
do uso de la herramienta Alliance, con las siguientes 
características (Ver tabla 1):
Tabla 1. Características de Entradas/Salidas del Con-
tador de Centenas
Entradas del 
Sistema Salidas del Sistema
1 señal de reloj
1 salida de 4 bits para el contador de 
decenas en BCD (más significativo)
1 señal de 
reset
1 salida de 4 bits para el contador 
de unidades en BCD (menos 
significativo)
El contador es sensible al flanco de subida de la se-
ñal de reloj, haciendo que el contador de unidades 
aumente en uno su cuenta anterior; si la cuenta se en-
cuentra en el valor de 9, este se coloca en cero. Esta 
es la condición necesaria para aumentar las decenas. 
Para hacerlo primero se verifica que no esté en el valor 
9 las decenas, situación en la cual no se aumenta, sino 
que se le asigna el valor de 0.
2.2 Síntesis a Nivel de RTL
Una vez definidos los parámetros del sistema, se rea-
liza la descripción del sistema digital de la lógica de 
transferencia  de registros (RTL) mediante un lengua-
je de descripción de hardware, en este caso VDHL, 
la funcionalidad de la arquitectura. Luego se proce-
de a hacer uso de las herramientas que proporciona 
Alliance CAD para asignar celdas equivalentes al 
circuito descrito en alto nivel, de la siguiente forma 
(Ver figura 3):
Figura 3. Flujo de diseño en la etapa de Síntesis a Nivel 
de RTL.
VASY (VHDL Analyzer for sYntesis) es una herra-
mienta que convierte una descripción en VHDL en 
una descripción sintetizable equivalente que puede ser 
usada por Alliance CAD u otras herramientas de sín-
tesis. VASY puede manejar un subconjunto en VHDL 
más grande que los admitidos por Alliance CAD.
BOOG (Binding and Optimizing On Gates) mapea 
una descripción funcional sobre una librería de celdas 
Standard. Esta herramienta construye una red boolea-
na equivalente a la descripción en VHDL. Luego, para 
cada función booleana de cada nodo de la red, trata 
de encontrar una celda o un conjunto de celdas que 
implemente dicha función. El resultado es una des-
cripción estructural basada en las celdas previamente 
hechas.
ASIMUT (A SIMUlation Tool). Esta herramienta es 
utilizada para simular y generar las salidas del circui-
to para un sistema de entradas determinado previa-
mente por un patrón de referencia.
Aprovechando que Alliance CAD puede sintetizar la-
yout de circuitos a partir del uso de un lenguaje de 
descripción de hardware como lo es VHDL, y este a su 
vez permite hacer uso de descripciones de circuito en 
alto nivel, se procedió a realizar el contador de cente-
nas utilizando dos contadores anidados de la siguien-
te forma (Ver figura 4).
Figura 4. Descripción comportamental del contador 
de centenas, descrito mediante VHDL
2.3 Enrutado de Celdas 
Hasta este punto se tienen las celdas necesarias, pero 
hace falta generar el layout del sistema, para esto se 
hace necesario el uso de las siguientes herramientas 
mencionadas a continuación  (Ver figura 5 y 6):
Metodología para diseñar un Contador de Centenas utilizando Alliance CAD
11
Figura 5. Flujo de diseño en la etapa de Enrutamiento 
de Celdas.
OCP, es una herramienta que usa Alliance para la ubi-
cación de componentes o celdas. Utiliza como entra-
da un netlist de celdas estándar. El formato del netlist 
puede ser formato VHDL estructural, EDIF o algún 
formato interno de Alliance CAD. La salida generada 
es un archivo de layout físico con celdas y conectores 
ya colocados.
NERO (Negotiating Router) es la herramienta  encar-
gada de enlazar las celdas ubicadas previamente por 
el OCP.
COUGAR es un extractor jerárquico, que puede extraer 
los parámetros internos de los transistores CMOS uti-
lizados para la sintetización del sistema. También ex-
trae capacitancias y resistencias parasitas en formato 
.SPI, el cual posteriormente es utilizado para caracteri-
zar un dispositivo en un simulador de circuitos como 
por ejemplo Orcad o SPICE.
En la Tabla 2, se resumen los datos más importantes 
obtenidos al momento de general el layout del con-
tador de centenas haciendo uso de la herramienta 
Alliance CAD.
Tabla 2. Resultados de la sintetización del Contador 
de Centenas utilizando Alliance CAD 
Datos obtenidos por el Boog (Building and Optimizing on 
Gates) de Alliance CAD
Número de compuertas 116
Tecnología CMOS λ = 180µ
Área total 191250 λ2
Retraso máximo: 2.982 ns
Figura 6. Contador de centenas a)  síntesis a nivel de 
compuertas sintetizado por la herramienta boog de 
Alliance. b) Layout del contador de centenas generado 
por las herramientas OCP y Nero de Alliance CAD.
 
(a)
(b)
Conclusiones
A lo largo del presente artículo se muestra cómo las 
técnicas de diseño Top to Down, así como el uso de 
herramientas EDA como Alliance CAD permiten re-
ducir drásticamente las fases de desarrollo de sistemas 
digitales complejos.
De igual forma, se muestra que es posible desarrollar 
sistemas digitales desde su especificación hasta llegar 
a obtener el layout, haciendo uso de las herramientas 
de libre distribución y muy pocos recursos, algo que 
hace pocos años era la tarea de un grupo de especialis-
tas dotados con potentes estaciones de trabajo y herra-
mientas de software muy costosas.
Prospectiva Vol. 7, No. 1, Enero - Junio de 2009, págs. 7-12 
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Por último hay que mencionar que al ser Alliance CAD 
una herramienta de libre distribución y haber sido de-
sarrollada por investigadores y educadores como me-
dios para enseñar y/o hacer investigación, carece de 
la documentación adecuada para los que empiezan a 
trabajar en el campo del diseño digital.
Referencias
[1] Sud, R.; Chaitanya, M. “Revolution in electronic 
EDA education/research: GOSPL”. Microelectronic 
Systems Education, 2005. (MSE apos;05). Proceedings. 
2005 IEEE International Conference on Volume, Issue, 
12-14 June 2005 Page(s): 37 - 38 Digital Object Identi-
fier 10.1109/MSE.2005.48.
[2] Carlson, S. (1990). “Introduction to HDL-Based De-
sign Using VHDL”. United States: Synopsys, Inc.
[3] «IEEE standard VHDL language reference ma-
nual» ANSI/IEEE Std 1076-1993 , vol., no., pp.i-, 
6 Jun 1994
[4] “IEEE Std 1364 -2005 IEEE Standard for Verilog 
Hardware Description Language,” IEEE Std 1364-2005 
(Revision of IEEE Std 1364-2001), vol., no., pp. 0_1-560, 
2006
[5] Rabaey, J. M; Chandrakasan, A; Nicolie, B. “Cir-
cuitos integrados Digitales”. España. Pearson Prentice 
Hall, 2004.
[6] Alliance CAD Official Website:
http://www.asim.lip6.fr/recherche/alliance//
olddoc/ (4 de Marzo de 2008).
Metodología para diseñar un Contador de Centenas utilizando Alliance CAD


A Methodology approached for design a hundred meter using Alliance CAD

http://repositorio.uac.edu.co/bitstream/handle/11619/1353/Metodolog%c3%ada%20para%20dise%c3%b1ar%20un%20Contador%20de.pdf?sequence=1&isAllowed=y

A Methodology approached for design a hundred meter using Alliance CAD

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