Eigenschaften, Anwendung und Programmierung von PLDs und FPGAs

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1 Eignschaftn, Anwndung und Programmirung von PLs und FPGAs Robrt itrich 1 nstitut für chnisch nformatik

2 Glidrung Einlitung/Motivation Eignschaftn Aufbau und Funktionswis Hrstllr Anwndungn Virtx-4 FPGAs Stratix FPGAs Max PLs Anwndungsgbit Programmirung Ausblick Litratur 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 2/17

3 Motivation Programmirbar Logik PLs (programmabl logic dvics) sind das am schnllstn wachsnd Sgmnt im Brich dr Logikbaulmnt kürzr Vorlaufzit, gringr NRE (Non Rcovring Enginring) Kostn und kin minimaln Bstllmngn im Vrglich zu ASs Spartan-3 and Virtx-4 EasyPath FPGAs, unlik any AS, offr dsignrs th ability to implmnt in-systm nginring chang ordrs (EOs) using fully r-programmabl look-up tabls (LUs) and flxibl Os. 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 3/17

4 Eignschaftn Aufbau von FPGAs und PLs FPGA (Fild Programmabl Gat Array) LBs (onfigurabl Logic Blocks) Vrbindungn zwischn LBs und /O-Blöckn mist SRAM basirt Konfiguration wird nach dm Anlgn dr Btribsspannung gladn Bstimmung dr Signallaufzitn rst nach Plac & Rout möglich PL (omplx Programmabl Logic vic) LAB(Logic Array Block) bstht aus mhrrn Makrozlln Schaltmatrix, Rückkopplungn, /O-Blöck mist Flash-basirt kin Bootphas, nstanton konstant, vorhrsagbar Signallaufzitn 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 4/17

5 Eignschaftn onfigurabl Logic Block Bispil für inn LB (Altra APEX 20K): LU (Look Up abl) kombinatorisch Logik Spichrzlln (distributd RAM) synchrons Schibrgistr -FlipFlop/Rgistr Ein-/Ausgäng innrhalb ds LB führn zur /O-Matrix ddicatd routing, z.b. arry hain 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 5/17

6 Eignschaftn Hrstllr von FPGAs und PLs Xilinx bkanntstr Nam für FPGAs Philosophi: all möglichn Funktionn britstlln größtn und flxiblstn Grät Altra zwits Schwrgwicht in dr Branch Philosophi: britstlln was di mistn wolln, infach Handhabung, wnigr Faturs Lattic, Actl, Quicklogic Spzialtil-Shops Lattic: bkannt für PLs, "instant-on" FPGA Famili Actl und QuickLogic: OP (On im Programmabl) Produkt 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 6/17

7 Anwndungn Virtx-4 Faturs odnam Whitny (highst mountain in continntal Unitd Stats) ASMBL (Advancd Silicon Modular Block) dri anwndungsgbitspzifisch Plattformn LX optimirt für Logik SX high-nd SP Anwndungn FX mbddd procssing and high-spd srial applications chnologi: 90nm, tripl Oxid, MOS, 300mm Wafr, 10-layr coppr On-hip Block-RAM mit 500MHz und FFO, E Support SlctO Standard Spannungn für /O-Grät (SSL, LVS, HSL, LVMOS) Rockt O ranscivr Untrstützung von z.b. P Exprss, SAA, Fibr hannl, Gigabit Ethrnt XtrmSP Slic (bis zu 500MHz) 18 * 18 signd multiplir, addr/subtractor, /O Rgistrs, Op-mod multiplxrs PowrP (450MHz, 32bit RS PU) und MicroBlaz (200MHz, 32bit RS PU) 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 7/17

8 Anwndungn Virtx-4 Famili 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 8/17

9 Anwndungn Stratix Famili Stratix GX: ranscivr 622 Mbps to 6,375 Gbps addd, 4 to 20 hannls (EP2SGX30...EP2SGX130) 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 9/17

10 Anwndungn Stratix Vrbindungsstruktur 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 10/17

11 Anwndungn ALM (Adaptiv Logic Modul) bis 8 Eingäng pro 2 ALUs 2 programmirbar Rgistr 2 fst vrschaltt Volladdr carry chain shard arithmtic chain rgistr chain ALM Oprating Mods: Normal mod bis zu 8 ata-nputs für kombinatorisch Logik Extndd LU mod 7-nput-Funktionn odr zwi 5-nput-Funktionn Arithmtic mod mplmntirung von Addirrn, Zählrn, Akkumulatorn und Vrglichrn Shard arithmtic mod mplmntirung von Addr-rs 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 11/17

12 Anwndungn MAX PL Global clock ntwork LABs(Local Array Blocks) mit j 10 LEs FM (onfiguration Flash Mmory) SRAM Konfigurationsinformationn nstant on fähig UFM (Usr Flash Mmory) gnral-purpos Spichr Logic Elmnt (LE) control signals 4-input LU programmabl rgistr (,, JK, RS) carry chain gnral-purpos /O pins two mods (normal mod, arithmtic mod) 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 12/17

13 Anwndungn Anwndungsgbit Prototypn Produkt mit kurzm Lbnszyklus hohr Einfluss ds Marktintrittszitpunkts Produkt mit gringn Stückzahln Slbstkonfigurirnd Systm Anpassung an gfordrt Eignschaftn zur Laufzit SlfX-Eignschaftn: X Awarnss + Optimzation + Haling + Protction Echtzitvrarbitung z.b. Signalvrarbitung (FR, FF...) hoh Vrarbitungsgschwindigkit und Paralllität Systm on hip 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 13/17

14 Programmirung SRAM chnologi größtr Flächn- und Strombdarf Konfiguration bi jdm Start notwndig (z.b. übr JAG-Port aus xtrnm Spichr) schnll Antifus chnologi nidrigstr Flächnbdarf nur inmal programmirbar (On im Programmabl, OP) shr schnll FLASH chnologi nicht flüchtig r-programmirbar langsam Zil: gring Vrlustlistung, gringr Flächnbdarf und hoh Gschwindigkit 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 14/17

15 Programmirung ynamisch Partill Rkonfiguration Bispil: Virtx-4 RP 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 15/17

16 Ausblick Hardwar Multitasking Spac-multiplxing anstll von tim-multiplxing Flächn- und Rssourcnmanagmnt Virtual Hardwar groß Aufgabn auf klinr Hardwar Problm: nötig Zit für contxt switch JHL 2 Klassn: logic und wir Spichr hoh icht, nicht flüchtig und schnll Zil: Flxibilität von Softwar mit Prformanc von Hardwar vrbindn 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 16/17

17 Litratur Büchr/Zitschriftn [1] Markus Wannmachr, as FPGA-Kochbuch [2] Xclljournal, Virtx-4 Spcial Edition [3] Bckr, Platznr, Vrnald, Fild-Programmabl Logic and Applications Wbsitn 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 17/17

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