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UUUUUUUUNNNNNNNNIIIIIIIIVVVVVVVVEEEEEEEERRRRRRRRSSSSSSSSIIIIIIIIDDDDDDDDAAAAAAAADDDDDDDD DDDDDDDDEEEEEEEE JJJJJJJJAAAAAAAAÉÉÉÉÉÉÉÉNNNNNNNN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado
Secretariado de Innovación Docente
MEMORIA FINAL DE PROYECTOS DE INNOVACIÓN DOCENTE
CONVOCATORIA CURSO 2009/2011
DATOS DEL/DE LA SOLICITANTE
Nombre Jose Vicente
Apellidos Muñoz Díez
D.N.I. 77323693Q E-mail [email protected]
Centro Politécnica de Linares Teléfono 953212924
Departamento Electrónica y Automática
Categoría Profesor ayudante
DATOS DEL PROYECTO
Título Creación de de un DVD live instalable con herramientas software
de simulación y diseño de circuitos integrados
Línea de actuación -----
Departamento/s implicados Electrónica y Automática
Asignatura/s implicada/s Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos
(DCSE) y Electricidad Fotovoltaica (EF)
Titulación/es implicada/s Ingeniería en Telecomunicación e Ingeniería
técnica industrial
Curso/s implicado/s 2009/2010 y 2010/2011
Nº de alumnos afectados 127
MEMORIA DEL PROYECTO
Justificación
Ver memoria adjunta
Objetivos conseguidos
Ver memoria adjunta
Contenidos desarrollados
Ver memoria adjunta
Descripción global de la experiencia
Ver memoria adjunta
UUUUUUUUNNNNNNNNIIIIIIIIVVVVVVVVEEEEEEEERRRRRRRRSSSSSSSSIIIIIIIIDDDDDDDDAAAAAAAADDDDDDDD DDDDDDDDEEEEEEEE JJJJJJJJAAAAAAAAÉÉÉÉÉÉÉÉNNNNNNNN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado
Secretariado de Innovación Docente
Metodología empleada
(sesiones de trabajo, actividades, recursos didácticos, cronograma, etc)
Ver memoria adjunta
Resultados obtenidos
(los materiales o documentos que se hayan producido en la experiencia deben
presentarse en forma de anexo)
Ver memoria adjunta
Proyección e Impacto
(transferencia de los resultados y mejoras en el aprendizaje demostrables)
Ver memoria adjunta
Evaluación del proceso y Autoevaluación
(instrumentos y recursos empleados)
Ver memoria adjunta
Otras consideraciones
Gastos generados en el segundo año
Fungibles Tarjeta de sonido externa USB con entrada para
micrófono prealimentado a 48V
Inventariables Alojamiento web valido por 2 años (2011 y 2012)
Viajes/Actividades -----
Otros ------
Justificación
1. La tarjeta de sonido exterior USB se ha utilizado
para realizar los podcast y videos explicativos
que se alojarán en la web de la asignatura.
2. El alojamiento web es imprescindible para poder
alojar la página de la asignatura, que por
motivos de tamaño (1GB aproximadamente) no
se ha alojado en los servidores de la Universidad
de Jaén.
UUUUUUUUNNNNNNNNIIIIIIIIVVVVVVVVEEEEEEEERRRRRRRRSSSSSSSSIIIIIIIIDDDDDDDDAAAAAAAADDDDDDDD DDDDDDDDEEEEEEEE JJJJJJJJAAAAAAAAÉÉÉÉÉÉÉÉNNNNNNNN Vicerrectorado de Ordenación Académica, Innovación Docente y Profesorado
Secretariado de Innovación Docente
DATOS DE LOS MIEMBROS DEL GRUPO
Nombre Jose Vicente
Apellidos Muñoz Díez
D.N.I. 77323693Q E-mail [email protected]
Centro Politécnica de Jaén Teléfono 953212924
Departamento Electrónica y Automática
Asignatura impartida Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos
Curso 5º de Ingeniería en Telecomunicación
Categoría Profesor Ayudante Firma
DATOS DE LOS MIEMBROS DEL GRUPO
Nombre Gustavo
Apellidos Nofuentes Garrido
D.N.I. 77323693Q E-mail [email protected]
Centro Politécnica de Jaén Teléfono 953212434
Departamento Electrónica y Automática
Asignatura impartida Electricidad Fotovoltaica
Curso 5º de Ingeniería en Telecomunicación
Categoría Profesor Ayudante Firma
VºBº de Coordinador/a
Fdo.: José Vicente Muñoz Diez
Jaén, a 1 de septiembre de 2011
VICERRECTOR DE ORDENACIÓN ACADÉMICA, INNOVACIÓN DOCENTE Y FORMACIÓN DEL PROFESORADO DE LA UNIVERSIDAD DE JAÉN
MEMORIA FINAL DE PROYECTO DE INNOVACIÓN
DOCENTE
CONVOCATORIA CURSO 2009/2011
Título del proyecto
Creación de un DVD live instalable con herramientas software de simulación y diseño de
circuitos integrados.
Código del proyecto:
PID40B
Departamento:
Ingeniería Electrónica y automática
Profesores participantes:
José Vicente Muñoz Díez
Gustavo Nofuentes Garrido
Justificación
Las sesiones prácticas de cualquier asignatura relacionada con el diseño de circuitos
integrados (CI) necesitan del uso de algún tipo de herramienta de simulación, dado que la
implementación física del dispositivo está fuera del alcance de cualquier laboratorio de
docencia.
Desgraciadamente, las soluciones profesionales para la simulación de CI están diseñadas
para ejecutarse sobre sistemas operativos basados en Unix. Además, el precio de las
licencias de las referidas aplicaciones resulta en muchas ocasiones inasumible, obligando
al docente de estas asignaturas a buscar otras alternativas. Ante esta situación y en el
marco de un proyecto de innovación docente de la Universidad de Jaén, se ha
implementado una herramienta basada en software libre que intenta ser un acercamiento
lo más real posible a programas profesionales utilizados para el diseño de CI, como
puede ser CadenceTM. En este sentido, la elaboración de la herramienta software que se
pretende confeccionar implica un doble reto. En primer lugar se deben seleccionar
aplicaciones cuyo modo de ejecución emule de la forma más fiel posible el funcionamiento
de los programas profesionales. Además, es necesario que los programas seleccionados
sean software libre -o a lo sumo aplicaciones gratuitas- y que las licencias de los mismos
permitan su redistribución. En segundo lugar, los programas seleccionados deben
poderse ejecutar sobre un sistema operativo Unix o basado en éste. Esta característica
resulta de suma importancia para el alumno de prácticas, dado que la realización de las
prácticas de la asignatura, le permitirá establecer una primera toma de contacto con un
sistema operativo con el cual no suele estar familiarizado pero que es de uso habitual en
entornos profesionales para el diseño de CI.
Objetivos conseguidos
A continuación se enumeran los objetivos conseguidos a la finalización del proyecto de
innovación docente:
1. Consecución de una herramienta software. Se ha implementado una
herramienta software para el desarrollo de las sesiones prácticas de aquellas
asignaturas de ingeniería electrónica o telecomunicaciones donde sea necesario la
simulación de circuitos integrados. La herramienta software confeccionada está
basada mayoritariamente en software libre y puede ser distribuida libremente. Para
la elaboración de la misma se ha personalizado una distribución Linux,
incluyéndose las aplicaciones necesarias para el diseño y simulación de circuitos
integrados. El sistema operativo y las aplicaciones incluidas intentan reproducir de
la forma más fiel posible el modo de ejecución de herramientas profesionales. El
software confeccionado se distribuye bajo dos formatos (DVD live/instalable e
imagen .ISO) los cuales permiten lanzar la aplicación desde la unidad DVD y/o
virtualizada desde cualquier sistema operativo utilizando la aplicación Virtual Box.
La herramienta implementada ha demostrado su utilidad durante los tres cursos
académicos que se viene utilizando para el desarrollo de las prácticas de la
asignatura de Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos, perteneciente al quinto
curso de la titulación de Ingeniería en Telecomunicación impartida en la politécnica
superior de Linares (Universidad de Jaén).
2. Creación de un espacio web. Se ha creado un sitio web de la asignatura
(http://www.jvmunoz/dcse) donde se ha puesto a disposición de todo aquel que lo
desee la herramienta software implementada. La web está preparada para alojar
contenidos en español y en inglés.
3. Divulgación en congresos. Ha sido aceptada una ponencia en las II jornadas
sobre innovación docente y adaptación de las al espacio europeo de la educación
superior en las titulaciones técnicas1. Además se está a la espera de que se abra el
plazo para el envío de una ponencia a este respecto en el X congreso sobre
tecnologías aplicadas a la enseñanza de la electrónica (TAEE) que se celebrará en
2012.
1 Se adjunta en el anexo 1 el e-mail de aceptación de la ponencia así como la comunicación enviada.
4. Fomento del software libre. Fomentar entre el alumnado el uso de software libre
y sistemas operativos basados en Linux que le ayudaran en el análisis, diseño y
simulación de circuitos electrónicos.
Contenidos desarrollados
A continuación se enumeran los contenidos que han hecho posible la consecución de los
objetivos arriba descritos.
1. Consecución de una herramienta software. El principal condicionante en la
elaboración del pretendido software radicaba en el hecho de que no basta con
confeccionar un conjunto programas para el diseño de CI sino que además, es
imprescindible que dichos programas se ejecuten sobre un entorno basado en
Unix. Para solventar las incompatibilidades entre Unix y un ordenador personal se
ha decidido utilizar Linux. Éste junto con el conjunto de aplicaciones GNU es un
sistema operativo basado en Unix, pero pensado para poder ser instalado en un
ordenador personal.
La utilización un de un SO Linux ofrece potenciales ventajas las cuales son
comentadas a continuación.
a) Un OS basado en Linux cuenta con la ventaja de que es gratuito y más
importante aún, está permitida la libre distribución del mismo. Este último
aspecto resulta de suma importancia, dado que será necesario distribuir una
copia de la herramienta software entre los alumnos de la asignatura.
b) La mayoría de los programas instalables en Linux son gratuitos.
c) La mayoría de los programas instalables en Linux son gratuitos.
d) Los OS basados en Linux ofrecen la posibilidad de personalizar una distribución
cualquiera, creando así un sistema operativo ad hoc distribuible y que puede
ser instalado en cualquier ordenador personal o ejecutado en modo live desde
la unidad CD/DVD.
Distribución Linux utilizada
De entre las más de 100 distribuciones basadas en Linux que existen en la
actualidad, se ha decidido utilizar Ubuntu 10.04 para emular el entorno de trabajo
Unix sobre el que se desarrollan las prácticas. Las razones por las que se ha
elegido dicha distribución son varias, mencionándose más abajo las más
relevantes.
a) Ubuntu es la distribución más popular de Linux hasta la fecha, en este sentido
la posibilidad de que el alumno que cursa la asignatura haya tenido alguna
experiencia previa con esta distribución es alta, en cuyo caso se minimiza el
tiempo de aprendizaje.
b) El número de aplicaciones disponibles en los repositorios de Ubuntu/Debian
resulta muy superior al del resto de las distribuciones Linux existentes .
c) Ubuntu cuenta con un foro de soporte técnico online muy activo y de gran
utilidad a la hora de solventar cualquier tipo de problema, tanto del sistema
operativo, como de las aplicaciones online disponibles.
d) Ubuntu a través de software Remastersys ofrece la posibilidad de generar un
CD/DVD live y/o instalable que incluye todo el sistema operativo junto con los
programas necesarios. Las aplicaciones incluidas pueden ser seleccionas,
creando un distribución personalizada que puede ser instalada y/o lanzada en
modo live desde cualquier ordenador personal. En este sentido, Remastersys
es la aplicación que permite compilar en un CD o DVD la herramienta software
creada, pudiendo ser ésta lanzada desde las unidades exteriores antes
mencionadas o instalada de forma permanente en el ordenador personal.
Aplicaciones utilizadas para la simulación de CI
A la hora de realizar la simulación de un CI utilizando herramientas CAD, tres son
los pasos que normalmente el diseñador debe seguir. En primer lugar debe utilizar
un editor de esquemáticos que le permita implementar el circuito a partir de sus
elementos constitutivos. El editor de esquemáticos genera un fichero de texto
llamado netlist donde se especifican todos los nodos del circuito y los dispositivos
incluidos en el esquemático. En segundo lugar, es necesario disponer de un motor
de simulación capaz de ejecutar el archivo anteriormente creado, al cual
previamente, se le deben añadir los parámetros tecnológicos de los dispositivos
utilizados, así como instrucciones que indiquen qué tipo de simulación se desea
realizar. En tercer y último lugar, en el diseño de un CI es necesario la
implementación de las mascaras para la fabricación del mismo, para lo cual, se
debe disponer de un editor de layouts.
De acuerdo con lo expuesto, la herramienta software implementada debe incluir al
menos un editor de esquemáticos, un motor de simulación y un editor de layouts.
En este sentido, de entre todas las aplicaciones disponibles para Ubuntu 10.04 y
estudiándose solo aquellas cuya licencia acepta que puedan ser redistribuidas,
han sido seleccionadas aquellas cuyo modo de ejecución emula de la forma más
fiel posible el funcionamiento de programas profesionales.
Las aplicaciones escogidas para la simulación de circuitos integrados han sido las
siguientes:
Editores de esquemáticos
Xcircuit. Editor de esquemáticos con entrono gráfico basado en Tk/Tcl. Este editor
de esquemáticos cuenta con un entorno de trabajo muy parecido al de aplicaciones
comerciales profesionales. Para la realización de las simulaciones de circuitos
integrados se ha elaborado una librería con los dispositivos más utilizados
LTSpice. Se trata un programa
multipropósito para la simulación y diseño de circuitos electrónicos que cuenta con
un editor esquemáticos. El programa está distribuido de forma gratuita por la
empresa Linear TechnologyTM para sistemas WindowsTM, por lo que para su
instalación sobre Ubuntu 10.04 se ha utilizado la aplicación Wine
Motores de simulación.
NgSpice. Versión para Linux del simulador Spice para línea de comandos
gSpiceui. Simulador front-end de Spice basado en ngSpice
ESpice. Simulador de Spice creado por la Universidad de Granada
LTSpice. Este programa cuenta con un motor de simulación propio basado en
ngSpice e integrado junto con el editor de esquemáticos antes mencionado. El
programa ofrece la posibilidad de cargar netlist, editarlas y simularlas, todo ello
bajo un entorno de trabajo semejante a aplicación Orcad de CadenceTM
Editor de Layouts
Magic VLSI. Editor de layouts entorno gráfico basado en Tk/Tcl. Cuenta con un
DRC (del termino en inglés, design rule check) llamado Netgen que permite
verificar las reglas de diseño de la tecnología utilizada
2. Creación de un espacio web. En la figura 1 se muestra una captura de pantalla
del espacio web construido. Éste se encuntra estructurado en las secciones:
a) News. Se trata de un blog de noticias relacionado con la asignatura de DCSE
así como con cualquier contenido disponible en la web.
b) Temarío. En esta sección se detalla el temario de la asignatura y la bibliografía
recomendada
c) Relaciones de problemas. En este apartado se incluyen las relaciones de
problemas por temas, las resoluciones de las mismas así como exámenes
resueltos y problemas de dificultad mayor.
d) Prácticas. En esta sección están disponibles todos los contenidos elaborados
durante la ejecución del proyecto de innovación docente.
e) Foro. Creado principalmente para resolver las dudas con relación al software
creado. Permitirá evaluar y subsanar las deficiencias que sean advertidas por
los usuarios.
f) Acerca de... En esta sección se explican las motivaciones que llevaron al autor
a la creación de esta web
3. Divulgación en congresos. Hasta la fecha se ha conseguido una ponencia en las
II jornadas sobre innovación docente y adaptación de las al espacio europeo de la
educación superior en las titulaciones técnicas .
4. Fomento del software libre. La herramienta software elaborada ha sido el
vehículo por el cual se ha fomentado el uso del software libre entre los alumnos de
prácticas. En este sentido, se debe de comentar que fruto de la buena acogida que
Figura 1: Captura de pantalla donde su muestra el sitio web de la asignatura de
Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos
ha tenido la herramienta software algunos de los alumnos han preferido instalar el
sistema operativo en sus ordenadores en lugar de lanzarlo en modo live desde el
DVD.
Descripción global de la experiencia
En su conjunto el desarrollo del proyecto de innovación docente llevado a cabo entre
enero de 2010 y septiembre de 2011 cabe ser calificado como muy positivo. Las razones
que justifican esta afirmación se exponen de forma esquematizada a continuación.
➢ Los objetivos planteados al inicio de la actividad se han cumplido. En este sentido y
como más adelante se verá, se han ejecutado satisfactoriamente once de las doce
tareas en las que se ha dividido el proyecto de innovación docente. Tan solo una
de las tareas está aun en proceso, si bien cabe concretar que ésta corresponde a
la divulgación del trabajos a través de congresos, debiéndose el retraso en la
misma al carácter bianual de uno de los congresos al que se desea participar.
➢ Se ha implementado una herramienta software para el desarrollo de las sesiones
prácticas de la asignatura de Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos siendo
su uso extensible a cualquier otra asignatura donde se necesite la simulación de
circuitos electrónicos, como ha ocurrido para la materia de Electricidad
Fotovoltaica.
➢ Los plazos temporales para consecución de la herramienta software se han
cumplido antes de tiempo. Efectivamente, a finales de Febrero de 2010 ya se
disponía de una primera versión que demostró ser muy robusta (el 100% de los
alumnos consiguieron instalarla y ejecutarla con éxito en sus equipos). Esta
circunstancia ha permitido realizar trabajos adicionales mejorando aquellos puntos
en los que el alumnado encontraba dificultades. En este sentido, en enero de 2011
se liberó un nueva versión del software que subsanaba algunos errores
encontrados en la primera versión y añadía nuevas funcionalidades. Por ultimo y
no menos importante, se ha habilitado una web de la asignatura
(http://www.jvmunoz.info/dcse) para dar difusión a la herramienta software y alojar
toda aquella información (manuales, vídeos explicativos, ejercicios resueltos,
guiones de practicas, etc ) que pueda ser de ayuda para el alumno de la asignatura
de Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos o cualquier otra que aborde el
problema de la simulación de circuitos integrados.
➢ Ha fecha de entrega de esta memoria final ha sido aceptada una ponencia en las II
jornadas sobre innovación docente y adaptación de las al espacio europeo de la
educación superior en las titulaciones técnicas. Además se está a la espera de que
se abra el plazo para el envío de una ponencia a este respecto en el X congreso
sobre tecnologías aplicadas a la enseñanza de la electrónica (TAEE) que se
celebrará en 2012.
➢ El Balance económico del proyecto de innovación docente resulta positivo, si bien
no se ha ejecutado según lo esperado. En este sentido, la memoria inicial preveía
un gasto elevado en material bibliográfico que no fue necesario acometer dado que
se hizo uso de la bibliografía disponible en la biblioteca de la Universidad de Jaén y
de la información disponible en Internet. Por otro lado el gasto previsto en DVD
para la compilación y distribución de la herramienta software en un medio físico, se
ha sustituido por la descargar de la misma a través de internet desde la página web
de la asignatura. Estas circunstancias unidas a la ya comentada pronta elaboración
de la herramienta software, han derivado en la realización de nuevas actividades
encaminadas a la difusión y mejora del trabajo realizado. De este modo, se ha
considerado oportuno realizar manuales y vídeos explicativos para saber como
utilizar la herramienta. Del mismo modo todo este material se ha alojado en una
página web externa a la Universidad de Jaén, debido a las limitaciones de espacio
web del servicio de informática -tengasé en cuenta que la herramienta software
pesa cerca de 1GB. En este sentido el alojamiento de la pagina web y la compra
de una tarjeta de sonido externa USB para la realización de vídeos explicativos, ha
supuesto un gasto añadido que ha podido ser sufragado sin problemas gracias a la
reducción económica del contingente destinado para bibliografía y DVD.
Por último, indicar que a fecha de 1 de septiembre de 2011 queda un remanente
del dinero asignado al proyecto que va a ser destinado a pagar los gastos por la
participación en las II jornadas sobre innovación docente y adaptación de las al
espacio europeo de la educación superior en las titulaciones técnicas y en X
congreso sobre tecnologías aplicadas a la enseñanza de la electrónica (TAEE) que
se celebrará en 2012.
Metodología empleada
(sesiones de trabajo, actividades, recursos didácticos, cronograma, etc)
Como se ha mencionado con anterioridad las sesiones prácticas de una asignatura como
Diseño de Circuitos y Sistemas Integrados necesita del uso de algún tipo de herramienta
de simulación a la hora de realizar las sesiones prácticas, dado que la implementación
física del dispositivo está fuera del alcance de cualquier laboratorio de docencia.
Consciente de que el coste de las aplicaciones comerciales habitualmente utilizadas a
nivel profesional no podía ser asumido por parte del departamento, se buscó una
alternativa basada en software libre.
El desarrollo de una herramienta software para la simulación de circuitos integrados (CI)
planteó la necesidad de establecer una metodología de trabajo, definiéndose a tal efecto
una planificación temporal del trabajo, estructurado sobre doce tareas fundamentales las
cuales se van a describen a continuación.
Tarea T.1 Búsqueda y recopilación de información útil para la realización
del proyecto. (Bibliografía, información online, etc)
Tarea T.2 Formación avanzada en sistemas operativos Linux/UNIX. Se
haría uso de la bibliografía disponible en la biblioteca de la
Universidad de Jaén.
Tarea T.3 Estudio de la distribución de Linux más apropiada para el
desarrollo de las prácticas de la asignatura, así como análisis
en profundidad de las herramientas de software de simulación
de circuitos y creación de Layout que existen para Linux.
Tarea T.4 Instalación de las herramientas de simulación más adecuadas
sobre la distribución de Linux elegida.
Tarea T.5 Incorporación al paquete software formado (programas +
distribución Linux) de todo el material didáctico necesario
durante el desarrollo de la asignatura (manuales, guiones de
prácticas, presentaciones de teoría, etc).
Tarea T.6 Incorporación de los Widgets interactivos con los que poder
seguir la evolución de la asignatura vía online.
Tarea T.7 Custumización del software instalado en un DVD live instalable
haciendo uso de la herramienta software Remastersys o
similar.
Tarea T.8 Verificación y prueba de la herramienta por parte de los
profesores antes de entregársela a los alumnos.Tarea T.9 Incorporación a la herramienta de aquellas sugerencias que los
profesores hayan encontrado interesantes.
Tarea T.10 Entrega de la herramienta a los alumnos de la asignatura y
estudio de la eficacia de la misma durante el primer
cuatrimestre del curso académico 2010/2011. Al final de esta
tarea se entregará un cuestionario a los alumnos para que
opinen sobre ella.
Tarea T.11 Difusión en Congreso del TAEE y en el Congreso
Internacional del Software Libre de la herramienta
desarrollada, de los resultados más relevantes obtenidos del
uso de la misma, así como de las opiniones de los alumnos
Tarea 12 Elaboración memoria final
Cronograma
1º año de trabajo 2010 2º año de trabajo 2011
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sept
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
T10
T11
T12
Tarea finalizada
Terea no finalizadaNOTA:
La única tarea no ejecutada a fecha de entrega de esta memoria justificativa corresponde
a la difusión del trabajo realizado en congresos. En este sentido y como ya se ha
comentado, una ponencia a las las II jornadas sobre innovación docente y adaptación de
las al espacio europeo de la educación superior en las titulaciones técnicas que se
celebran en Granada del 26 al 27 de septiembre de 2011. Además se está a la espera de
que se abra el plazo para el envío de una ponencia a este respecto en el X congreso
sobre tecnologías aplicadas a la enseñanza de la electrónica (TAEE) que se celebrará en
2012.
Resultados obtenidos
Cabe destacar que el principal objetivo del proyecto de innovación docente que era la
implementación de una herramienta software para la realización de las practicas de la
asignatura de Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos se ha conseguido. Como
resultado la aplicación se ha distribuido en dos formatos diferentes: en un DVD
live/instalable y en una imagen .ISO disponible desde la web de la asignatura. Estos dos
tipos de formatos permiten dos tipos de ejecución. El formato DVD permite la ejecución de
la herramienta desde la unidad DVD en modo live y/o instalable. Previamente se debe
configurar la bios del ordenador personal para un arranque desde la unidad DVD.
El formato .ISO permite ejecutar la herramienta software desde cualquier sistema
operativo (incluido WindowsTM) utilizando la aplicación gratuita multiplataforma Virtual
Box de Oracle CorporationTM.
Hasta la fecha dos han sido las versiones de la herramienta software que se han liberado.
La versión 1.02 fue liberada en noviembre de 2007 y estaba compilada sobre un sistema
2 Se adjunta en el anexo 2 el DVD live/instalable de esta versión.
Figura 2: Versión 1.0 de la herramienta software ejecutada en modo live desde la
unidad DVD. En el centro de la imagen se puede observar el editor de
esquemáticos Xcircuit. En un lateral simulaciones realizadas con ngspice
operativo Kubuntu 8.04 (figura 1). Esta primera versión incorporaba todas las aplicaciones
para la simulación de CI arriba descritas. Con respecto a esta primera versión, cabe citar
que el 100% de los alumnos que cursaron la signatura durante el curso 2009/2010
pudieron ejecutar el DVD en sus ordenadores personales, sin que se contabilizara ningún
incidente. Este hecho hizo que la herramienta software contara con un alto grado de
aceptación entre el alumnado. Actualmente la versión 1.0 sigue siendo de utilidad entre
aquellos alumnos que disponen de un ordenador personal antiguo, recomendándose el
uso de esta versión dado que es más liviana y requiere de un hardware menos potente.
En enero de 2011 se liberó la versión 2.03, que hasta la fecha es la versión más reciente
de la herramienta software. Compilada sobre Ubuntu 10.04 cuenta entre sus mejoras más
destacadas el soporte en modo live para equipos con discos duros serial ATA, así como
un entorno basado en Gnome en lugar de KDE.
La herramienta software se ha acompañado de un conjunto de manuales y vídeos
demostrativos incluidos en la propia herramienta y disponibles desde la web de la
asignatura.
3 Se adjunta en el anexo 3 el DVD live/instalable de esta versión.
Figura 3: Versión 2.0 de la herramienta software virtualizada sobre un anfitrión
Windows. La ventana de Virtual Box muestra el editor de esquemáticos Xcircuit y
los resultados de varias simulaciones realizadas con ngspice.
Proyección e Impacto
(transferencia de los resultados y mejoras en el aprendizaje demostrables)
Se enumeran a continuación los logros más destacados en lo referente a la proyección e
impacto del proyecto de innovación docente desarrollado.
➢ Se ha implementado una herramienta basada mayoritariamente en software libre
para el desarrollo de las sesiones prácticas de aquellas asignaturas de ingeniería
electrónica o telecomunicaciones donde sea necesario la simulación de circuitos
integrados. Durante los cursos académicos 2009/2010 y 2010/2011, la herramienta
software a probado ser de gran utilidad para el desarrollo de las practicas de la
asignatura de Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos impartida en la
Politécnica Superior de Linares (Universidad de Jaén). Gracias al sistema operativo
utilizado y de la aplicaciones que han sido incluidas, la actualizaciones del sistema
están garantizadas hasta el curso 2013/2014.
➢ Ha sido aceptada una ponencia en las II jornadas sobre innovación docente y
adaptación de las al espacio europeo de la educación superior en las titulaciones
técnicas que se celebrará los días 26 y 27 de semptiembre de 2011 en Granada.
➢ Se ha creado un espacio web de la asignatura donde se está dando difusión a la
herramienta web creada. La descarga gratuita de la misma desde dicha web es
posible así como la visualización de manuales, vídeos explicativos, ejercicios
resueltos, guiones de practicas, etc.
➢ Por medio de ejercicios prácticos en clase y por medio de la entrega de las
memorias de prácticas, se ha observado un notorio aumento del nivel del alumnado
a lo largo de los dos años que ha durado el proyecto de innovación docente, esta
mejora a estado ligada a la mejora en el material didáctico disponible y en el
perfeccionamiento de la herramienta software.
➢ Se ha mantenido una comunicación fluida vía email con otros profesores de otras
universidades que imparten sesiones prácticas donde se contempla la simulación
de circuitos integrados. En este sentido, cabe destacar el satisfactorio nexo
colaborativo establecido con los docentes de las tres universidades abajo
mencionadas, que puede ser precursor de futuros trabajos en común.
➢ Universidad de Granada, departamento de Electrónica. Profesor
responsable: Juan B. Roldán Aranda. Desarrollador junto a otros del
software ESpice (más información en http://espice.ugr.es/index2.html.)
➢ Universidad Autónoma de Barcelona, departamento de Microelectrónica y
Sistemas Electrónicos. Profesor responsable: Francesc Serra-Graells.
Desarrollador de un entorno de simulación de sistemas electrónicos (más
información en http://www.cnm.es/~pserra/uab/cia/)
➢ Universidad de Stanford. Profesor responsable: Tim Edwards. Creador del
software XCIRCUIT (más información http://opencircuitdesign.com/~tim/)
Evaluación del proceso y Autoevaluación(instrumentos y recursos empleados)
Las memorias de prácticas entregadas por los alumnos durante los cursos 2009/2010 y
2010/2011 han sido el principal vehículo para evaluar y optimizar las aplicaciones
incluidas en la herramienta software creada. Del mismo modo, las preguntas de los
alumnos durante las sesiones practicas en el laboratorio, así como las simulaciones
realizadas por estos, han ayudado a solventar errores y a introducir mejoras. Por último la
herramienta web ha sido evaluada por otros docentes del departamento. Estos han
aportado mejoras gracias a la experiencia acumulada en la simulación de circuitos
electrónicos con herramientas de simulación asistidas por ordenador.
Para mejorar la herramienta software en los cursos académicos venideros y aumentar el
grado de retroalimentación con el usuario final, se ha implementado un foro de ayuda en
la web de la asignatura. El foro pretende ser un lugar abierto para todo aquel internauta
que tenga dudas sobre el manejo de la herramienta obtenga una respuesta, ya sea esta
elaborada por el profesor de la asignatura u otros usuarios.
ANEXO 1
1. Email de aceptación de la ponencia a las en las II jornadas sobre innovación docente y adaptación de las al espacio europeo de la educación superior en las titulaciones técnicas:De: [email protected] Asunto: ACEPTACION POSTER INDOTEC Fecha: Jue, 25 de Agosto de 2011, 12:54 am Para: [email protected]
Estimados Sres.:
El Comité Científico de las II JORNADAS SOBRE INNOVACIÓN DOCENTE YADAPTACIÓN AL ESPACIO EUROPEO DE EDUCACIÓN SUPERIOR EN LASTITULACIONES TÉCNICAS, encargado de valorar las comunicacionesrecibidas,le informa que la comunicación que ha presentado con eltítulo:
PERSONALIZACIÓN DE DISTRIBUCIONES BASADAS EN LINUX. CREACIÓN DE UNAHERRAMIENTA SOFTWARE PARA LA SIMULACIÓN DE CIRCUITOS INTEGRADOS .
ha sido ACEPTADA.
Observaciones: La comunicación es pertinente y relevante para elcongreso. Mantenemos el formato de presentación de la comunicación enPOSTER.
Para resolver cualquier duda,dirígase a la dirección electrónica queaparece en la web http://www.ugr.es/~indotec o mandando un correoelectrónico a [email protected] saludo,
MONICA LOPEZ ALONSOE.T.S.I.C.C.P GranadaDepto. Ingenieria CivilDespacho [email protected]
2. Ponencia enviada a las en las II jornadas sobre innovación docente y adaptación de las al espacio europeo de la educación superior en las titulaciones técnicas (siguiente página):
PERSONALIZACIÓN DE DISTRIBUCIONES BASADAS EN LINUX. CREACIÓN DE UNA HERRAMIENTA SOFTWARE PARA LA SIMULACIÓN DE CIRCUITOS
INTEGRADOS .
Muñoz Díez J.V. , Nofuentes Garrido E. , Aguilera Tejero J., de la Casa Higueras J., Fuentes Conde M., Torres Ramirez M.
(1) Departamento de Electrónica y Automática, Universidad de Jaén, Campus de las Lagunillas, Tlf: 953-212924, Fax: 953-211967 , email: [email protected].
Resumen
Las sesiones prácticas de cualquier asignatura relacionada con el diseño de circuitos integrados necesitan del uso de algún tipo de herramienta de simulación, dado que la implementación física del dispositivo está fuera del alcance de cualquier laboratorio de docencia. Desgraciadamente, las soluciones profesionales para la simulación de este tipo de circuitos están pensadas para ejecutarse sobre sistemas operativos basados en Unix y el precio de las licencias de las mismas es elevado. Ante esta situación, el presente trabajo presenta una herramienta software para el diseño y simulación de circuitos integrados basada mayoritariamente en software libre. Dicha herramienta ha sido confeccionada personalizando una distribución Linux, incluyéndose en la distribución así creada, las aplicaciones más adecuadas a este respecto. La herramienta implementada ha demostrado su utilidad durante los tres cursos académicos que se viene utilizando para el desarrollo de las prácticas de asignaturas de Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos, impartida en la titulación de Ingeniería en Telecomunicación.
Palabras clave
Simulación, circuitos integrados, software libre, Linux, distribuciones personalizadas.
1. INTRODUCCIÓNDesde que en 2003 la Junta de Andalucía comenzara a incentivar el uso del software libre en la administración y educación con el uso de sistemas operativos (OS) basados en Linux [1] [2], la utilización de este software en las aulas de secundaria se ha convertido en una realidad, pero no así en el mundo académico universitario. Las razones argumentadas para el mantenimiento de esta situación suelen apuntar en la dirección de que el mundo profesional, al que deberá incorporarse el estudiante universitario, no hace uso de este tipo de sistemas operativos. Sin embargo, cuando se ha de diseñar y simular circuitos integrados (CI) -algo habitual en asignaturas del grado en ingeniería electrónica o telecomunicación- Linux es probablemente la opción para ordenador personal, que mejor reproduce el entorno de las aplicaciones profesionales para la simulación de CI, diseñadas para ejecutarse sobre SO basados en Unix. Desafortunadamente, el precio de las licencias de las referidas aplicaciones profesionales resulta en muchas ocasiones inasumible, obligando al docente de estas asignaturas a buscar otras alternativas [3] [4]. Ante esta situación y en el marco de un proyecto de innovación docente de la Universidad de Jaén, se ha implementado una herramienta basada en software libre que intenta ser un acercamiento lo más real posible a programas profesionales utilizados para el diseño de CI.
2. REQUISITOS DE PARTIDAComo se ha comentado previamente, la herramienta software que se ha de implementar debe ser un acercamiento lo más real posible a las herramientas profesionales utilizadas a este respecto. Entre ellas, destacan las aplicaciones ofertadas por CadenceTM, las cuales tienen las particularidad de ejecutarse sobre entornos Unix, siendo éste un aspecto que añade una dificultad añadida al proceso de aprendizaje de las mismas. En este sentido, la elaboración de la herramienta software que se pretende confeccionar implica un doble reto. En primer lugar se deben seleccionar aplicaciones cuyo modo de ejecución emule de la forma más fiel posible el funcionamiento de los programas profesionales. Además, es necesario que los programas seleccionados sean software libre -o a lo sumo aplicaciones gratuitas- y que las licencias de los mismos permitan su redistribución. En
segundo lugar, los programas seleccionados deben poderse ejecutar sobre un sistema operativo Unix o basado en éste. Esta característica resulta de suma importancia para el alumno de prácticas, dado que la realización de las prácticas de la asignatura, le permitirá establecer una primera toma de contacto con un sistema operativo con el cual no suele estar familiarizado, pero que es de uso habitual en entornos profesionales para el diseño de CI.
3. SOLUCIÓN IMPLEMENTADA El principal condicionante en la elaboración del pretendido software radica en el hecho de que no basta con confeccionar un conjunto programas para el diseño de CI sino que además, es imprescindible que dichos programas se ejecuten sobre un entorno basado en Unix. Para solventar las incompatibilidades entre Unix y un ordenador personal se ha decidido utilizar Linux. Linux junto con el conjunto de aplicaciones GNU es un sistema operativo basado en Unix, pero pensado para poder ser instalado en un ordenador personal. La utilizanción un de un SO Linux ofrece potenciales ventajas las cuales son comentadas a continuación.
➢ Un OS basado en Linux cuenta con la ventaja de que es gratuito y más importante aún, está permitida la libre distribución del mismo. Este último aspecto resulta de suma importancia, dado que será necesario distribuir una copia de la herramienta software entre los alumnos de la asignatura.
➢ La mayoría de los programas instalables en Linux son gratuitos.➢ Los OS basados en Linux ofrecen la posibilidad de personalizar una distribución cualquiera,
creando así un sistema operativo ad hoc distribuible y que puede ser instalado en cualquier ordenador personal o ejecutado en modo live desde la unidad CD/DVD.
3.1 Distribución Linux utilizadaDe entre las más de 100 distribuciones basadas en Linux que existen en la actualidad [5], se ha decidido utilizar Ubuntu 10.04 para emular el entorno de trabajo Unix sobre el que se desarrollan las prácticas. Las razones por las que se ha elegido dicha distribución son varias, mencionándose más abajo las más relevantes.
➢ Ubuntu es la distribución más popular de Linux hasta la fecha, en este sentido la posibilidad de que el alumno que cursa la asignatura haya tenido alguna experiencia previa con esta distribución es alta, en cuyo caso se minimiza el tiempo de aprendizaje.
➢ El número de aplicaciones disponibles en los repositorios de Ubuntu/Debian resulta muy superior al del resto de las distribuciones Linux existentes .
➢ Ubuntu cuenta con un foro de soporte técnico online muy activo y de gran utilidad a la hora de solventar cualquier tipo de problema, tanto del sistema operativo, como de las aplicaciones online disponibles.
➢ Ubuntu a través de software Remastersys [6] ofrece la posibilidad de generar un CD/DVD live y/o instalable que incluye todo el sistema operativo junto con los programas necesarios. Las aplicaciones incluidas pueden ser seleccionas, creando un distribución personalizada que puede ser instalada y/o lanzada en modo live desde cualquier ordenador personal. En este sentido, Remastersys es la aplicación que permite compilar en un CD o DVD la herramienta software creada, pudiendo ser ésta lanzada desde las unidades exteriores antes mencionadas o instalada de forma permanente en el ordenador personal.
3.2 Aplicaciones utilizadas para la simulación de CI A la hora de realizar la simulación de un CI utilizando herramientas CAD, tres son los pasos que normalmente el diseñador debe seguir [7]. En primer lugar debe utilizar un editor de esquemáticos que le permita implementar el circuito a partir de sus elementos constitutivos. El editor de esquemáticos genera un fichero de texto llamado netlist donde se especifican todos los nodos del circuito y los dispositivos incluidos en el esquemático. En segundo lugar, es necesario disponer de un motor de simulación capaz de ejecutar el archivo anteriormente creado, al cual previamente, se
le deben añadir los parámetros tecnológicos de los dispositivos utilizados, así como instrucciones que indiquen qué tipo de simulación se desea realizar. En tercer y último lugar, en el diseño de un CI es necesario la implementación de las mascaras para la fabricación del mismo, para lo cual, se debe disponer de un editor de layouts. De acuerdo con lo expuesto, la herramienta software implementada debe incluir al menos un editor de esquemáticos, un motor de simulación y un editor de layouts. En este sentido, de entre todas las aplicaciones disponibles para Ubuntu 10.04 y estudiandose solo aquellas cuya licencia acepta que puedan ser redistribuidas, han sido seleccionadas aquellas cuyo modo de ejecución emula de la forma más fiel posible el funcionamiento de programas profesionales. Las aplicaciones escogidas para la simulación de circuitos integrados han sido las siguientes:
Editores de esquemáticos Xcircuit. Editor de esquemáticos con entrono gráfico basado en Tk/Tcl. Este editor de esquemáticos cuenta con un entorno de trabajo muy parecido al de aplicaciones comerciales profesionales. Para la realización de las simulaciones de circuitos integrados se ha elaborado una librería con los dispositivos más utilizadosLTSpice. Se trata un programa multiproposito para la simulación y diseño de circuitos electrónicos que cuenta con un editor esquemáticos. El programa está distribuido de forma gratuita por la empresa Linear TechnologyTM para sistemas WindowsTM, por lo que para su instalación sobre Ubuntu 10.04 se ha utilizado la aplicación Wine
Motores de simulación.NgSpice. Versión para Linux del simulador Spice para línea de comandosgSpiceui. Simulador front-end de Spice basado en ngSpiceESpice. Simulador de Spice creado por la Universidad de GranadaLTSpice. Este programa cuenta con un motor de simulación propio basado en ngSpice e integrado junto con el editor de esquemáticos antes mencionado. El programa ofrece la posibilidad de cargar
Figura 1: Versión 1.0 de la herramienta software ejecutada en modo live desde la unidad DVD. En el centro de la imagen se puede observar el editor de esquemáticos Xcircuit. En un lateral simulaciones realizadas con ngspice
netlist, editarlas y simularlas, todo ello bajo un entorno de trabajo semejante a aplicación Orcad de CadenceTM
Editor de LayoutsMagic VLSI. Editor de layouts entorno gráfico basado en Tk/Tcl. Cuenta con un DRC (del termino en inglés, design rule check) llamado Netgen que permite verificar las reglas de diseño de la tecnología utilizada
4. RESULTADOSLa herramienta software se ha distribuido en dos formatos diferentes: en un DVD live/instalable y en una imagen .ISO disponible desde la web de la asignatura. Estos dos tipos de formatos permiten dos tipos de ejecución. El formato DVD permite la ejecución de la herramienta desde la unidad DVD en modo live y/o instalable. Previamente se debe configurar la bios del ordenador personal para un arranque desde la unidad DVD. El formato .ISO permite ejecutar la herramienta software desde cualquier sistema operativo (incluido WindowsTM) utilizando la aplicación gratuita multiplataforma Virtual Box de Oracle CorporationTM.
Hasta la fecha dos han sido las versiones de la herramienta software que se han liberado, la versión 1.0 fue liberada en noviembre de 2007 y estaba compilada sobre un sistema operativo Kubuntu 8.04 (figura 1). Esta primera versión incorporaba todas las aplicaciones para la simulación de CI arriba descritas. Con respecto a esta primera versión, cabe citar que el 100% de los alumnos que cursaron la signatura durante el curso 2007/2008 pudieron ejecutar el DVD en sus ordenadores personales, sin que se contabilizara ningún incidente. Este hecho hizo que la herramienta software contara con un alto grado de aceptación entre el alumnado. Actualmente la versión 1.0 sigue siendo de utilidad entre aquellos alumnos que disponen de un ordenador personal antiguo, recomendándose el uso de esta versión dado que es más liviana y requiere de un hardware menos potente. En enero de 2011 se liberó la versión 2.0, que hasta la fecha es la versión más reciente de la herramienta software. Compilada sobre Ubuntu 10.04 cuenta entre sus mejoras más destacadas el soporte en modo live para equipos con discos duros serial ATA, así como un entorno basado en Gnome en lugar de KDE.La herramienta software se ha acompañado de un conjunto de manuales y vídeos demostrativos
Figura 2: Versión 2.0 de la herramienta software virtualizada sobre un anfitrión Windows. La ventana de Virtual Box muestra el editor de esquemáticos Xcircuit y los resultados de varias simulaciones realizadas con ngspice.
incluidos en la propia herramienta y disponibles desde la web de la asignatura.
3. CONCLUSIONESSe ha implementado una herramienta software para el desarrollo de las sesiones prácticas de aquellas asignaturas de ingeniería electrónica o telecomunicaciones donde sea necesario la simulación de circuitos integrados. La herramienta software confeccionada está basada mayoritariamente en software libre y puede ser distribuida libremente. Para la elaboración de la misma se ha personalizado una distribución Linux, incluyéndose las aplicaciones necesarias para el diseño y simulación de circuitos integrados. El sistema operativo y las aplicaciones incluidas intentan reproducir de la forma más fiel posible el modo de ejecución de herramientas profesionales. El software confeccionado se distribuye bajo dos formatos (DVD live/instalable e imagen .ISO) los cuales permiten lanzar la aplicación desde la unidad DVD o virtualizarla desde cualquier sistema operativo utilizando la aplicación Virtual Box. La herramienta implementada ha demostrado su utilidad durante los tres cursos académicos que se viene utilizando para el desarrollo de las prácticas de la asignatura de Diseño de Circuitos y Sistemas Electrónicos, perteneciente al quinto curso de la titulación de Ingeniería en Telecomunicación impartida en la politécnica superior de Linares (Universidad de Jaén).
Referencias[1] Consejeria de Presidencia. Junta de Andalucia. Decreto 72/2003, de 18 de marzo, de Medidas de
Impulso de la Sociedad del Conocimiento en Andalucía. BOJA Nº55 pp. 6024-6034.[2] Consejeria de Innovación Ciencia y Empresa. Junta de Andalucia. Orden de 21 de febrero de
2005, sobre disponibilidad pública de los programas informáticos de la Administración de la Junta de Andalucía y de sus Organismos Autónomos. BOJA Nº49 pp. 6-7.
[3] F. Serra-Graells y N. Barniol, WinVLSI: CAD de Libre Difusión Basado en PC para las Prácticas de Laboratorio de Diseño de Circuitos Integrados Analógicos, Actas del IV Congreso de Tecnologías Aplicadas a la Enseñanza de la Electrónica (TAEE), pp.111-114, Barcelona, España, 2000, ISBN 84-600-9596-7
[4] F. Serra-Graells, A.Uranga and N. Barniol, Analog Integrated Circuit Optimization Using SPICE, Proceedings of the Fifth European Workshop on Microelectronics Education (EWME), pp.169-174, Lausanne, Switzerland, 2004, ISBN 1-4020-2072-4.
[5] Page Hit Ranking. http://www.distrowatch.com[6] Remastersys. http://www.geekconnection.org/remastersys/[7] R. Jacob Baker. 2004. CMOS Circuit Design, Layout, and Simulation, Second Edition.
Wiley-IEEE Press.
ANEXO 2
Versión 1.0 de la herramienta software implementada.
Para su ejecución siga el procedimiento que se detalla a continuación.
1. En primer lugar verifique que en la Bios de su ordenador se encuentra habilitado el arranque desde el DVD (esta opción suele estar habilitada por defecto).
2. Reinicie su ordenador con el DVD previamente insertado en la unidad DVD.
3. Siga las instrucciones mostradas en pantalla. Para una simple ejecución de la herramienta sin realizar ninguna instalación en su equipo ejecute la opción “Live”.
ANEXO 3
Versión 2.0 de la herramienta software implementada.
Para su ejecución siga el procedimiento que se detalla a continuación.
1. En primer lugar verifique que en la Bios de su ordenador se encuentra habilitado el arranque desde el DVD (esta opción suele estar habilitada por defecto).
2. Reinicie su ordenador con el DVD previamente insertado en la unidad DVD.
3. Siga las instrucciones mostradas en pantalla. Para una simple ejecución de la herramienta sin realizar ninguna instalación en su equipo ejecute la opción “Live”.