FPGA prototipini yaratish - FPGA prototyping

Qo'shimcha ma'lumotlar: Dala-programlanadigan eshiklar qatori

Maydonda programlanadigan darvozalar massivining prototipini yaratish (FPGA prototipini yaratish), shuningdek, FPGA-ga asoslangan prototiplash, ASIC prototipi yoki chipdagi tizim (SoC) prototipini yaratish usuli prototip tizim chipidagi va dasturga xos integral mikrosxema dizaynlashtirilgan FPGA apparat uchun tekshirish va erta dasturiy ta'minotni ishlab chiqish.

Uchun tekshirish usullari apparat dizayn, shuningdek, erta dasturiy ta'minot va proshivka birgalikda loyihalash asosiy oqimga aylandi. SoC va ASIC dizaynlarini bir yoki bir nechta FPGA bilan prototiplash va elektron dizaynni avtomatlashtirish Buning uchun (EDA) dasturiy ta'minot yaxshi usulga aylandi.[1]

Prototip yaratish nima uchun muhimdir

  1. SoPG dizaynini FPGA prototipida ishlatish uning funktsional jihatdan to'g'ri ekanligini ta'minlashning ishonchli usuli hisoblanadi. Bu dizaynerlarga faqat ishonadigan narsalar bilan taqqoslanadi dasturiy ta'minotni simulyatsiya qilish ularning apparat dizayni sog'lom ekanligini tekshirish uchun. Hozirgi SoC konstruktsiyalarining taxminan uchdan bir qismi, birinchi silikon o'tish paytida nuqsonlarsiz, barcha qayta aylanmalarning deyarli yarmi funktsional mantiqiy xatolar tufayli yuzaga kelgan.[2] Yagona prototip platformasi birinchi silikon o'tishidan oldin apparat, proshivka va dasturiy ta'minotni loyihalash funktsiyalarini tekshirishni ta'minlashi mumkin.[3]
  2. Bozorga o'tish vaqti (TTM) FPGA prototipidan qisqartirildi: Hozirgi texnologik jamiyatda yangi mahsulotlar tez sur'atlarda taqdim etiladi va ma'lum bir vaqtda tayyor mahsulotga ega bo'lmaslik bozor oynasi kompaniyaga katta miqdorga tushishi mumkin daromad.[4] Agar mahsulot bozor oynasidan juda kech chiqarilsa, unda mahsulot bo'lishi mumkin yaroqsiz holga keltirildi, kompaniyaning mahsulotdagi investitsiya kapitaliga zarar etkazishi. Loyihalash jarayonidan so'ng, FPGA ishlab chiqarishga tayyor standart uyali ASIC ishlab chiqarishga erishish uchun olti oydan ko'proq vaqt talab etiladi.[4]
  3. Rivojlanish qiymati: 90-nm ASIC / SoC dizayni tasmasini ishlab chiqarish qiymati taxminan 20 million dollarni tashkil etadi, faqat niqob to'plami faqat 1 million dollardan oshadi.[2] 45 millimetrlik dizaynlarni ishlab chiqish xarajatlari 40 million dollarni tashkil qilishi kutilmoqda. Niqob to'plamlari narxining oshishi va IC hajmining doimiy pasayishi bilan qayta aylanish sonini minimallashtirish rivojlanish jarayonida juda muhimdir.

Prototip yaratish uchun dizayn

Prototip yaratish uchun dizayn[5] (DFP) mos keladigan tizimlarni loyihalashtirishga ishora qiladi prototip. FPGA prototiplarini qabul qiladigan rivojlanish guruhlari duch keladigan ko'plab to'siqlarni uchta "qonun" ga qadar distillash mumkin:

  • SoClar FPGA'lardan kattaroqdir
  • SoC-lar FPGA-larga qaraganda tezroq
  • SoC dizaynlari FPGA-ga qarshi

SoC dizaynini FPGA prototipiga kiritish prototip maqsadlarini minimal kuch bilan bajarish uchun puxta rejalashtirishni talab qiladi. Prototipni ishlab chiqishni engillashtirish uchun "Prototip for Design" deb nomlangan eng yaxshi amaliyotlar ikkalasiga ham ta'sir qiladi SoC dizayni uslubi va dizayn guruhlari tomonidan qo'llaniladigan loyiha protseduralari. Protsessual tavsiyalarga DFP konventsiyalarini RTL kodlash standartlariga qo'shish, protetib mos simulyatsiya muhitidan foydalanish va dasturiy ta'minot jamoasi bilan birgalikda tizimni tuzatish strategiyasini kiritish kiradi.

Bo'limlarni ajratish masalalari

Elektr zanjirining murakkabligi oshgani va bozorga tobora qisqarganligi sababli dasturga moslashtirilgan integral mikrosxemalar (ASIC) va mikrosxemalar (SoC) dizaynlarini tekshirishga bo'lgan ehtiyoj ortib bormoqda. Apparat platformalari simulyatsiya soatlari bilan taqqoslaganda, tizim konstruktsiyalarini tezlikda chipdagi avtobus soatlari bilan sinab ko'rish qobiliyati tufayli tekshiruvchi muhandislar orasida ko'proq taniqli bo'lib kelmoqda, bu tizimning ishlashini aniq o'qiy olmaydi.[6] Ushbu ko'p millionli shlyuzlar odatda oltita yoki undan ortiq FPGA bilan jihozlangan ko'p FPGA prototip platformasida joylashtiriladi, chunki ular butunlay bitta FPGA ga sig'maydilar. Dizayn muhandisining kuchini kamaytirish uchun dizaynni ajratish kerak bo'lgan kamroq FPGA.[7] O'ng tomonda ikkitomonlama FPGA konfiguratsiyasidan foydalangan holda FPGA-ga asoslangan prototiplar platformasining surati keltirilgan.

Aldec FPGA-ga asoslangan ikkita FPGA konfiguratsiyasiga ega prototiplarni yaratish platformasi.
Aldecning HES-7 ASIC prototipini ishlab chiqarish uchun echimi

Dizayn prototip platformasiga mos kelishi uchun tizim RTL dizaynlari yoki netlistlari har bir FPGAga bo'linishi kerak.[8] Bu muhandis uchun yangi muammolarni keltirib chiqaradi, chunki qo'lda bo'linish juda katta kuch talab qiladi va tez-tez yomon tezlikka olib keladi (sinovdan o'tkazilayotgan dizayn).[7] Agar raqam yoki bo'limlarni qisqartirish yoki butun dizaynni bitta FPGA-ga joylashtirish mumkin bo'lsa, prototiplash platformasida dizaynni amalga oshirish osonlashadi.

Dizayn bo'limlarini yaratishda FPGA manbalarini muvozanatlashtiring

O'chirish bo'limlarini yaratishda muhandislar birinchi navbatda FPGA taqdim etadigan mavjud manbalarni kuzatishlari kerak, chunki dizayn FPGA matoga joylashtiriladi.[7] Har bir FPGA arxitekturasi ishlab chiqaruvchiga bog'liq, ammo dizaynni ajratishda asosiy maqsad FPGA resurslaridan foydalanishning teng muvozanatiga ega bo'lishdir. Turli xil FPGA manbalari o'z ichiga oladi qidiruv jadvallari (LUT), D flip-floplar, blokirovka qilish RAM, raqamli signal protsessorlari (DSP), soat tamponlari va boshqalar. Dizayn bo'limlarini muvozanatlashdan oldin, foydalanuvchi uchun keraksiz yoki foydalanilmagan mantiqni olib tashlash uchun global mantiqiy optimallashtirishni amalga oshirish ham muhimdir. Balansli bo'limlarni yaratishda yuzaga keladigan odatiy muammo shundaki, agar bu uzilish ko'p signal liniyalarida bo'lsa, bu vaqtni yoki resurs ziddiyatini keltirib chiqarishi mumkin. To'liq optimallashtirilgan bo'linish strategiyasiga ega bo'lish uchun muhandis FPGAlar o'rtasida muvozanatli bo'linishni saqlab turganda vaqt / quvvat cheklovlari, joylashtirish va yo'naltirish kabi masalalarni ko'rib chiqishi kerak. Bo'lim paytida bitta masalaga qattiq e'tibor qaratish, boshqasida bir nechta muammolarni keltirib chiqarishi mumkin.

Bo'limlarni joylashtirish va yo'naltirish

Bo'lingan dizaynlar uchun maqbul joyga va marshrutga erishish uchun muhandis diqqatini FPGA pin soni va inter-FPGA signallariga qaratishi kerak. Dizaynni alohida FPGA-larga ajratgandan so'ng, inter-FPGA signallari soni FPGA-dagi pin sonidan oshmasligi kerak.[9] O'chirish sxemalari ulkan bo'lganda, buni oldini olish juda qiyin, shuning uchun signallar kabi strategiyalardan foydalanishi kerak vaqtni taqsimlash multipleksiyasi (TDM), qaysi bitta signal orqali bir nechta signal uzatilishi mumkin.[10] Sub-kanallar deb nomlangan ushbu bir nechta signallar navbat bilan vaqt oralig'ida chiziq bo'ylab uzatiladi. TDM nisbati yuqori bo'lganida, har bir pastki kanal uchun vaqt oralig'ini joylashtirish uchun avtobus soatining chastotasini kamaytirish kerak. Soat chastotasini kamaytirish orqali tizimning o'tkazuvchanligi to'sqinlik qiladi.[7]

Vaqt talablari

Odatda tizim dizaynlari bir nechta soat domenlarini qamrab oladi alohida domenlardan o'tuvchi signallar bilan.[7] Transport vosita ichida soat osilatorlari va global soat chiziqlari odatda bu muammolarni yumshatadi, lekin ba'zida ushbu resurslar cheklangan bo'lishi mumkin yoki barcha dizayn talablariga javob bermasligi mumkin. Ichki soatlar FPGA qurilmalarida amalga oshirilishi kerak, chunki FPGAlar orasida soat chizig'i va soat tamponlari ulanishi cheklangan. Bir nechta FPGA-larga bo'linadigan ichki soat konstruktsiyalari FPGA ichida soat generatorini takrorlashi kerak, bu esa inter-FPGA signallari orasidagi past darajadagi burilishni ta'minlaydi. Bundan tashqari, har qanday eshik soat mantig'ini soatga aylantirish kerak, bu yuqori soat chastotalarida ishlayotganda pasayishni kamaytiradi.

Soat domenlari o'tish joylari alohida FPGAlarga bo'linmasligi kerak. O'tish joyidan o'tuvchi signallar bitta FPGA ichida saqlanishi kerak, chunki FPGAlar orasidagi kechikish vaqti boshqa domendagi muammolarni keltirib chiqarishi mumkin. Shuningdek, FPGAlar o'rtasida yo'naltirilgan signallarni reestrlarga soatlab kiritish tavsiya etiladi.

Nosozliklarni tuzatish

FPGA prototipini tuzishda eng qiyin va ko'p vaqt talab qiladigan vazifalardan biri bu tizim dizaynlarini disk raskadrovka qilishdir. Buning uchun yaratilgan atama "FPGA Hell" dir.[11][12] Katta, murakkab ASIC va SoC dizaynlari paydo bo'lishi bilan disk raskadrovka qiyinlashdi va ko'p vaqt talab qildi. FPGA prototipini disk raskadrovka qilish uchun zondlar to'g'ridan-to'g'ri RTL dizayniga qo'shilib, kuzatuv uchun maxsus signallarni olish, sintez qilish va FPGA prototipi platformasiga yuklab olish mumkin.

FPGA sotuvchilari tomonidan bir qator standart disk raskadrovka vositalari taklif etiladi, jumladan ChipScope va SignalTAP. Ushbu vositalar maksimal 1024 ta signalni tekshirishi mumkin va keng LUT va xotira manbalarini talab qiladi. SoC va boshqa dizaynlar uchun samarali disk raskadrovka ko'pincha 10000 yoki undan ortiq signallarga bir vaqtning o'zida kirishni talab qiladi. Agar xatolikni dastlabki probalar to'plami qo'lga ololmasa, qo'shimcha signallarga kirish huquqi "kunga uyga boring" holatiga olib keladi. Bu sintez uchun uzoq va murakkab SAPR oqimlari va joy va marshrutga bog'liq bo'lib, uni bajarish 8 soatdan 18 soatgacha davom etishi mumkin.

Yaxshilangan yondashuvlarga Tektronix-dan Certus kabi vositalar kiradi[13] yoki Exostiv laboratoriyalaridan EXOSTIV.[14]

Certus FPGA-ga asoslangan disk raskadrovka uchun RTL darajasining yaxshilangan ko'rinishini olib keladi. U ma'lum bir oraliqda tekshirilishi mumkin bo'lgan signallar sonini ko'paytirish uchun har bir signal uchun zarur bo'lgan LUT sonini kamaytirish uchun kuzatuv tarmog'i uchun yuqori samarali ko'p bosqichli kontsentratordan foydalanadi. Signallarning har qanday kombinatsiyasini ko'rish qobiliyati Certus-ga xosdir va prototiplashning eng muhim to'siqlaridan birini buzadi.[15]

EXOSTIV tezlikda ishlaydigan FPGA dan chuqur izlarni olish uchun katta tashqi xotira va gigabit qabul qilgichlardan foydalanadi. Yaxshilash o'z vaqtida katta izlarni doimiy oqim yoki portlashlar ko'rinishida ko'rish qobiliyatiga asoslanadi. Bu an'anaviy o'rnatilgan asboblar texnikasi bilan erishib bo'lmaydigan kengaytirilgan disk raskadrovka stsenariylarini o'rganishga imkon beradi. Qaror, FPGA I / O manbalarini va FPGA xotirasini gigabit qabul qiluvchi-qabul qilgichlar hisobiga tejashni, ko'rinishda 100000 va undan ko'proq faktorni yaxshilashni talab qiladi.[16][17]

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ "FPGA va boshqalar ASIC: ular orasidagi farqlar va qaysi birini ishlatish kerak? - Numato laboratoriyasining yordam markazi". numato.com. Olingan 17 oktyabr, 2018.
  2. ^ a b "Arxivlangan nusxa". Arxivlandi asl nusxasi 2013 yil 2 fevralda. Olingan 9 oktyabr, 2012.CS1 maint: nom sifatida arxivlangan nusxa (havola)
  3. ^ Rittman, Denni (2006 yil 5-yanvar). "Nanometrning prototipini yaratish" (PDF). Tayden dizayni. Olingan 7 oktyabr, 2018.
  4. ^ a b "Tuzilgan ASIC ishlab chiqarishga FPGA prototipi, xarajatlarni kamaytirish, xavf va TM". Dizayn va qayta ishlatish. Olingan 7 oktyabr, 2018.
  5. ^ "FPGA-larda prototiplash tizimining dizayni". Yangi elektronika. 2011 yil 22 mart. Olingan 22 mart, 2011.
  6. ^ "MATLAB va Simulink algoritmlarining FPGA prototipini yaratish bo'yicha eng yaxshi amaliyotlar". EEJournal. 2011 yil 25-avgust. Olingan 8 oktyabr, 2018.
  7. ^ a b v d e "Aldec va Xilinx hammualliflari" HES-7 ASIC prototipi ", Ro'yxatdan o'tish talab qilinadi
  8. ^ "Arxivlangan nusxa". Arxivlandi asl nusxasi 2013 yil 22 yanvarda. Olingan 9 oktyabr, 2012.CS1 maint: nom sifatida arxivlangan nusxa (havola)
  9. ^ http://www.fpga-faq.com/FAQ_Pages/prototyping.pdf
  10. ^ "Vaqtni taqsimlash multipleksiyasi". www.inetdaemon.com. Olingan 8 oktyabr, 2018.
  11. ^ "FPGA Hell". zipcpu.com. Olingan 5-noyabr, 2019.
  12. ^ "FPGA-lar bilan ishlashni boshlash" (PDF).
  13. ^ "Tektronix prototipni o'rnatadi, o'rnatilgan asboblarni emulyator holatiga ko'taradi". Elektron muhandislik jurnali. 2012 yil 30 oktyabr. Olingan 30 oktyabr, 2012.
  14. ^ "Exostiv laboratoriyalari FPGA disk raskadrovka uchun" EXOSTIV "echimi mavjudligini e'lon qiladi". Dizayn va qayta ishlatish. 2015 yil 14 oktyabr. Olingan 25-noyabr, 2015.
  15. ^ "ASIC prototipini ishlab chiqarishingiz uchun mo'ljallangan shishani sindirib tashlang". 2012 yil 23 oktyabr. Olingan 30 oktyabr, 2012.
  16. ^ "Nega EXOSTIV?". 2015 yil 14 oktyabr. Olingan 25-noyabr, 2015.
  17. ^ "ASIC / SoC prototipi". Olingan 12 aprel, 2020.

Tashqi havolalar