srv 5 soc fpga.ppt - lejla-bm.com.ba · asic, assp, soc, fpga razlike application-specific...

1

SRV_5Copyright: Lejla Banjanovic-

Mehmedovic

Moderni dizajn, sistemi na čipu (SOC), FPGA

Vanr.prof.dr. Lejla Banjanović-Mehmedović

1

Sadržaj izlaganja

Sistemi na čipu (SoC) FPGA Xilinx vs. Altera konfiguracije SoC-a


Mehmedovic 2

2

Copyright: Lejla Banjanovic-Mehmedovic 3

CPU, ASIC, ... SoCASIC Application Specific Integrated Circuit

CPU Central Processing Unit

SoC (System on Chip)

Telekominikacije

Obrada audio signala

Obrada video signala

Konvertori protokola

...

Von Neuman arhitektura(opšta arhitektura)

Harward arhitektura(obrada signala)

Multiprocesori

...

SRV_5

Sistem na čipu

Koncept ˝sistem na ploči˝ zamjenjen je konceptom ˝sistem na čipu˝.

Copyright: Lejla Banjanovic-Mehmedovic 4SRV_5

3

Copyright: Lejla Banjanovic-Mehmedovic 5

Sistem na čipu Sistem na čipu je integrisano kolo, koji integriše sve

komponente računara ili drugih elektronskih sistema u jednom čipu.

Sistem na čipu omogućava: povećanje integracije na čipu, smanjenje troškova proizvodnje kreiranje manjih sistema.

Jaki funkcionalni zahtjevi: Rad u realnom vremenu Mala potrošnja

SRV_5

Struktura

• Mikrokontroler,mikroprocesor,DSP

• Memorija uključujući ROM,RAM i flaš memorije

• Vremenski izvor, uključujući oscilator

• Periferija uključujući watchdog tajmer, tajmer u realnom vremenu.

• Vanjsko sučelje : USB,Ethernet, Usart,SPI

• Analogno sučelje: ADC i DAC

• Regulatori napona i upravljanje napajanjem

6Copyright: Lejla Banjanovic-

Mehmedovic

SoC – System on Chip

SRV_5

4

SoC dizajn

Cilj: paralelan razvoj softvera i hardvera.

Hardverski blokovi su sastavljeni pomoću CAD alata.

Softverski moduli su integrisani pomoću softverskog razvojnog okruženja.


Mehmedovic 7

ASIC, ASSP, SoC, FPGA razlike

Application-specific integrated circuit (ASIC)

Application-specific standard parts (ASSPs), primjer USB

System-on-Chip (SoC) Field-programmable gate

arrays (FPGAs)


Mehmedovic 8

5

Poređenja FPGA - CPU

CPU – nova istorija SoC Sistemi koji su uključivali 6 do 10 ASIC

sistema <=> samo jedan FPGA !!!


FPGA FPGA (eng. Field-Programmable-

Gate-Array Univerzalni programabilni logički sklop )

FPGA – nastale iz programibilnih memorija (PROM) i programibilnih logičkih uređaja (PDL)

Primjena: u automobilskoj industriji i

industrijskim primjenama u telekomunikacijama i

umrežavanju u medicini, prepoznavanju govora,

bioinformatici


6

Dizajn i programiranje FPGA sistema

Jezik kojim se opisuju sklopovi (HDL, VHLD) ili šematski dizajn.

HDL obrazac je pogodniji za rad sa velikim strukturama, dok šematski unos omogućava lakšu vizualizaciju sistema.

Verilog - sličan strukturi C-a. Biblioteke unaprijed definisanih složenih funkcija i

sklopova koji su testirani i optimizirani kako bi se ubrzao proces dizajna (IP jezgre)


12

Opšta struktura FPGA

Osnovni elementi FPGA kola Logičke ćelije (tzv.

Configurable Logic Block, CLB, ili Logic Array Block, LAB, zavisno od proizvođača)

U/I ćelije Kanali usmjeravanja


Mehmedovic

7

Lokacija pinova na logičkom bloku


Mehmedovic

FPGA arhitektura

SRV_5

14

Struktura modernih FPGA


Mehmedovic

8

Uprošten primjer logičke ćelije Logički blok se sastoji

od nekoliko logičkih ćelija (tzv. ALM, LE itd).

Tipična ćelija sadrži: po 4 LUT (Lookup

sklopa) Full adder (FA) i flip-flop D tipa.


16

Xilinx Virtex 5 1.0v 65nm copper 330,000 logic cells >11Mb Block RAM 640 25x18 multipliers Up to 1,200 user I/O

Altera Stratix III 1.1v 65nm copper 338,000 logic elements 16Mb Embedded RAM 896 18x18 multipliers Up to 1,104 user I/O

Uporedni prikaz karakteristika i raspoloživih resursa


Mehmedovic

9

17

Glavne odlike Altera Stratix IIIFPGA familije Značajno povećanje brzine u odnosu na prethodnu

generaciju (oko 25%) Drastično smanjenje disipacije po jedinici logike

zahvaljujući napretku u procesu proizvodnje i inteligentnoj kontroli snage

Duplo veća gustina pakovanja u odnosu na prethodnu generaciju

Veoma fleksibilna logička struktura Podržani napredni memorijski interfejsi (DDR3,

QDRII+)


Mehmedovic

18

Altera Stratix IIIALM struktura


Mehmedovic

10

19

Altera Stratix IIIProgramabilna potrošnja (1)

Čak i u kompleksnim FPGA dizajnima broj kritičnih putanja je srazmjerno mali (oko 5%)


Mehmedovic

20


Stratix 3 LAB-ovi mogu raditi ili u režimu visokih performansi (high performance mode) ili u modu male potrošnje (low power mode)

Izbor moda rada vrši alat za sintezu


Mehmedovic

11

21


Nekorištena logika se takođe postavlja u mod male potrošnje Na ovaj način potrošnja energije (disipacija) može biti smanjena i do

50%


Mehmedovic

•VIRTEX familija

•KINTEX familija

•ARTIX familija

•ZYNQ familija

•SPARTAN familija

Xilinx-ov Zynq-7000 programabilni sistem na čipu


Mehmedovic

XILINX

SRV_5

12

23

Glavne odlike Xilinx Virtex 5 FPGA familije

Značajno povećanje brzine u odnosu na prethodnu generaciju (do 50%)

6-ulazna struktura look-up tabela sa mogućnošću rada u modu sa 5 ulaza i 2 izlaza

25x18-bitni množači Značajno veća gustina pakovanja u odnosu na

prethodnu generaciju Izrazito fleksibilna ulazno-izlazna struktura


Mehmedovic

24

Xilinx Virtex 5 CLB blok

Svaki CLB (Configurable Logic Block) element se sastoji od 2 SLICE elementa

Svaki SLICE element sadrži 4 generatora logičkih funkcija (look-up tabele) i 4 registra

Postoje dva tipa SLICE elemenata: sa (SLICEM) i bez podrške za funkcionalnost distribuirane memorije (SLICEL)


Mehmedovic

13

SPARTAN familija

Izgled ploče Spartan FPGA


MehmedovicSRV_5

SoC u budućnosti

System on chip - tehnologija koja se koristi u malim ali složenim elektronskim uređajima. Takvi uređaji imaju više snage i memorije nego prosječni računar star 10 godina.

SoC opremljen nano-robot (nano roboti mikroskopsih dimenzija).

SoC video i audio uređaji

SoC u svemirskim letjelicama


srv 5 soc fpga.ppt - lejla-bm.com.ba · asic, assp, soc, fpga razlike application-specific...

Documents