1) folosirea unui microprocessor extern conectat la FPGA folosind un bus standard (ex. AMBA) - Advanced Microcontroller Bus Architecture

Transcription

1 Procesoare in sisteme bazate pe FPGA La proiectarea unui sistem integrat într-un FPGA, vom avea nevoie de cel mai probabil, o anumită formă de "control" în sistemul nostru. Acest controler poate fi un simplu microcontroler sau un microprocesor pe care rulează sistemul de operare Linux. Solutii: 1) folosirea unui microprocessor extern conectat la FPGA folosind un bus standard (ex. AMBA) - Advanced Microcontroller Bus Architecture AMBA este folosit pe larg in ASIC si SoC cu aplicatii in dispozitive portabile (ex. smartphone). AMBA este marca inregistrata ARM Ltd. ARM = Advanced Risc Machines. Un procesor ARM apartine unei familii de CPU bazate pe set redus de instructiuni = RISC (reduced instruction set computer); (32-bit si 64-bit RISC multi-core processors.) 2) Folosirea unui processor integrat hard processor in FPGA. Avantaj: va opera la viteze de lucru comparabile cu microprocesoarele discrete. Dezavantaj: flexibilitatea proiectarii Exemple: PowerPC folosit de Xilinx in circuite ca Virtex4-5 ARM Cortex-A9 dual core MCU folosit in platforma Zynq-7000 Xilinx 3) Folosirea unui processor software (soft-core processor) implementat in totalitate prin folosirea blocurilor logice din FPGA. Dezavantaj: nu opereaza la aceeasi frecventa de ceas ca si un procesor discret. Avantaje: cost redes si flexibilitate. Un alt avantaj major: companiile care produc circuite FPGA au in oferta si porcesoare software. Alte companii dezvolta solutii de procesoare software independente de platforma si care pot fi implementate in orice tip de proiect FPGA. Exemple de procesoare software: LEON3 MicroBlaze Nios II OpenRISC

2 Instalare Linux De regula, se foloseste distributia Linux recomandata de vanzatorul procesorului. Un sistem de tip embedded pe care va rula Linux este alcatuit din urmatoarele blocuri: CPU cu memory management unit (MMU) Instruction and data caches DDR3 memory interface Debug module Interrupt controller Ethernet controller DIP switches, LEDs and push button interface SPI flash interface Timer UART Clock generator and system reset logic LEON3 LEON3 este un model VHDL sintetizabil. Este un processor pe 32-bit compatibil cu arhitectura SPARC V8 (Aeroflex Gaisler). Modelul este configurabil si potrivit pentru a fi folosit pentru proiectarea SoC. Codul este disponibil sub licenta GNU GPL, free pentru cercetare si educatie. Proiectul a fost demarat de Agentia Spațială Europeană (ESA) la sfârsitul anului 1997 pentru a studia si a dezvolta un procesor de înaltă performantă pentru a fi utilizat în proiectele spatiale europene. Obiectivele proiectului: procesor portabil si non-proprietate, capabil să îndeplinească cerintele de performanta, compatibilitate software si cost redus.

3 Avantaje: Nu necesita licenta pentru cercetare si educatie Codul sursa RTL este disponibil Suport Pot fi instalate sisteme Linux si RTOS Dezavantaje Nu toate placile de dezvoltare FPGA sunt suportate. Nu este utilizat pe scara larga Se poate descarca de pe pagina ( MicroBlaze 32-bit MicroBlaze soft processor core de la Xilinx cu o arhitectura RISC clasica. Este intr-o continua evolutie, se adauga noi functionalitati in mod continuu.

4 Avantaje Poate fi folosit in toate familiile de circuite Xilinx Optiuni de configurare multiple Foloseste AXI standard bus Dezavantaje Se poate folosi numai pentru circuite FPGA de la Xilinx EDK uneltele de dezvoltare necesita licenta Codul sura nu este accesibil Nios II Nios II arhitectura pe 32-bit RISC dezvoltat de Altera si folosit in circuitele FPGA proprii.

5 Avantaje Mediu de dezvoltare usor de folosit Nu necesita licenta pentru a proiecta un sistem cu ajutorul Quartus II Web Edition Nu este necesar un port JTAG suplimentar Dezavantaje Se poate folosi numai cu circuitele Altera Anumite IP-uri au timp de licentiere limitat si nu vor functiona dupa un timp. Unelte de dezvoltare: Altera Quartus II si Nios II Embedded Design Suite. Sistemul complet Nios II este configurat prin folosirea programului Altera Qsys.

6 Procesorul ARM ARM a anuntat disponibilitatea procesorului ARM Cortex -M0 DesignStart prin portalul ARM DesignStart. IP-ul se poate descarca prin EULA. Procesorul este configurat ca si sintetizabil, proiectat in Verilog pentru mediul academic, start-up-uri etc. Punerea în aplicare este posibilă în aproape orice FPGA. Acesta poate fi, de asemenea, fabricat conform EULA. Procesorul ARM Cortex-M0 are cel mai mic consum din gama disponibila de procesoare ARM pe 32 de biti. Este ideal pentru aplicatii mix-signal. ARM oferă Kit-ul de dezvoltare Keil microcontroler (MDK-ARM) pentru procesoarele ARM. Acesta dispune de compilatorul standard în industrie, Keil μvision IDE. MDK-ARM ofera suport pentru toate dispozitivele bazate pe procesoare Cortex-M. Versiunea de evaluare gratuită a instrumentelor, care oferă toate caracteristicile din versiunea standard, dar cu un 32 kbyte cod obiect / limită de date se poate descarca gratuit. MDK-ARM este un mediu de software dezvoltare de complet pentru Cortex -M, Cortex-R4, ARM7 si dispozitive bazate pe procesoare ARM9. MDK-ARM este conceput special pentru aplicatii microcontroler, este usor de folosit, dar suficient de puternic pentru cele mai solicitante aplicatii embedded. Bibiografie: 1) Design How-To - Four soft-core processors for embedded systems - Sven-Ake Andersson, Realtime Embedded 2) ARM -

7