Linux auf FPGAs. Massgeschneiderte Computersysteme. Christoph Zimmermann, Marc-André Beck. 1. März Berner Fachhochschule MedOnStream

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1 Massgeschneiderte Computersysteme Christoph Zimmermann Marc-André Beck Berner Fachhochschule MedOnStream 1. März 2008

2 Gliederung 1 GNU/Linux in eingebetteten Systemen Einsatzort Vorteile Distribution 2 Wann lohnt sich der Einsatz von FPGAs? 3 Datenbusse Prozessoren Verschmelzen von Hard- und Software 4

3 Gliederung GNU/Linux in eingebetteten Systemen Einsatzort Vorteile Distribution 1 GNU/Linux in eingebetteten Systemen Einsatzort Vorteile Distribution 2 Wann lohnt sich der Einsatz von FPGAs? 3 Datenbusse Prozessoren Verschmelzen von Hard- und Software 4

4 Einsatzort GNU/Linux in eingebetteten Systemen Einsatzort Vorteile Distribution Gerät Router Navigationssysteme Access Points Mobiltelefone VoIP Telefone Beispiel Linksys WRT54G TomTom FON2100 Motorola RAZR2 V8 Siemens Gigaset C455 ip

5 Vorteile von Linux Einsatzort Vorteile Distribution Herstellerunabhängig Einfach zum portieren Treiberunterstützung effiziente Softwareentwicklung skalierbar

6 Freie Metadistributionen Einsatzort Vorteile Distribution Eine Auswahl: µclinux Gentoo Embedded OpenEmbedded

7 Gliederung GNU/Linux in eingebetteten Systemen 1 GNU/Linux in eingebetteten Systemen Einsatzort Vorteile Distribution 2 Wann lohnt sich der Einsatz von FPGAs? 3 Datenbusse Prozessoren Verschmelzen von Hard- und Software 4

8 Was sind Programmable Logic Devices? Definition (Die Idee) Die Hardware passend für die Anwendung zu programmieren und nicht Software auf einer fixen Hardware zu programmieren. So etwas wie ein General Purpose Chip.

9 Entwicklungsgeschichte Überblick 1970 ROMs optimiert als Look-up-table 1973 FPLA von Signetics 1978 PAL 198? CPLD 1984 FPGA 1998 Erster 1 Mio. Gatter FPGA

10 Praktischer Vergleich der verschiedenen PLD Typen PAL typischerweise als Adressdecoder. CPLD z.b. als Bus Koppler, Speicher Kontroller oder Antriebsregler. FPGA: Video Encoder, Software Defined Radio, Neuronale Netzwerke, Ein-Chip-Systeme, etc

11 Praktischer Vergleich der verschiedenen PLD Typen PAL typischerweise als Adressdecoder. CPLD z.b. als Bus Koppler, Speicher Kontroller oder Antriebsregler. FPGA: Video Encoder, Software Defined Radio, Neuronale Netzwerke, Ein-Chip-Systeme, etc

12 Praktischer Vergleich der verschiedenen PLD Typen PAL typischerweise als Adressdecoder. CPLD z.b. als Bus Koppler, Speicher Kontroller oder Antriebsregler. FPGA: Video Encoder, Software Defined Radio, Neuronale Netzwerke, Ein-Chip-Systeme, etc

13 Attraktiv weil... GNU/Linux in eingebetteten Systemen Design Wiederverwendung (IP Cores) Kleine Entwicklungsrisiken verglichen mit ASIC Sehr gut test- und verifizierbar An zukünftige Anforderungen anpassbar

14 Attraktiv weil... GNU/Linux in eingebetteten Systemen Design Wiederverwendung (IP Cores) Kleine Entwicklungsrisiken verglichen mit ASIC Sehr gut test- und verifizierbar An zukünftige Anforderungen anpassbar

15 Attraktiv weil... GNU/Linux in eingebetteten Systemen Design Wiederverwendung (IP Cores) Kleine Entwicklungsrisiken verglichen mit ASIC Sehr gut test- und verifizierbar An zukünftige Anforderungen anpassbar

16 Attraktiv weil... GNU/Linux in eingebetteten Systemen Design Wiederverwendung (IP Cores) Kleine Entwicklungsrisiken verglichen mit ASIC Sehr gut test- und verifizierbar An zukünftige Anforderungen anpassbar

17 Typische Produktbereiche sind: Telekommunikation RADAR, SONAR Bild-/Videoverarbeitung High Performance Computing Kryptographie Luft und Raumfahrt

18 Gliederung GNU/Linux in eingebetteten Systemen Datenbusse Prozessoren Verschmelzen von Hard- und Software 1 GNU/Linux in eingebetteten Systemen Einsatzort Vorteile Distribution 2 Wann lohnt sich der Einsatz von FPGAs? 3 Datenbusse Prozessoren Verschmelzen von Hard- und Software 4

19 Datenbusse Prozessoren Verschmelzen von Hard- und Software FPGAs ermöglichen freie Hardware zu erstellen. FPGAs sind aber unfrei.

20 Datenbusse Prozessoren Verschmelzen von Hard- und Software FPGAs ermöglichen freie Hardware zu erstellen. FPGAs sind aber unfrei.

21 Datenbusse GNU/Linux in eingebetteten Systemen Datenbusse Prozessoren Verschmelzen von Hard- und Software Bus Organisation Lizenz Wishbone OpenCores Public Domain Coreconnect IBM Proprietär, frei nutzbar AMBA ARM Proprietär, frei nutzbar

22 Prozessoren GNU/Linux in eingebetteten Systemen Datenbusse Prozessoren Verschmelzen von Hard- und Software Prozessor Bus Lizenz OpenRISC Wishbone LGPL AEMB Wishbone LGPL S1 (T1) Wishbone GPL LEON AMBA GPL dual

23 Datenbusse Prozessoren Verschmelzen von Hard- und Software DSP, GPU, Cell CPU PLD Optimierte Portierbarer Optimierte Software Code Hardware

24 Gliederung 1 GNU/Linux in eingebetteten Systemen Einsatzort Vorteile Distribution 2 Wann lohnt sich der Einsatz von FPGAs? 3 Datenbusse Prozessoren Verschmelzen von Hard- und Software 4

25 GECKO3 Openhardware Plattform Abbildung: Das GECKO3main Modul

26 GECKO3main Blockdiagramm Abbildung: Blockdiagramm des GECKO3main Moduls

27 Aufbau des ssystems Abbildung: Aufbau des ssystems. Zu sehen sind die verwendeten Cores und die Struktur der Busse

28 Aufbau des ssystems Abbildung: Aufbau des ssystems. Zu sehen sind die Adressbereiche der Cores

29 Fragen? Fragen?

30 Information labs.ti.bfh.ch/gecko/