Upload
vacsaa
View
61
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Xilinx FPGA
Citation preview
A A XilinxXilinx FPGAFPGA--kk
A programozhatA programozhatóó logiklogikáákrkróól l ááltalltaláábanbanA SpartanA Spartan--3 FPGA bels3 FPGA belsőő felfelééppííttééseseAz FPGA fejlesztAz FPGA fejlesztéés menetes menete
BMF KVK MAI, Molnár Zsolt, 2008.
A programozhatA programozhatóó logiklogikáák I.k I.
Logikai eszközök:
- Fix logikai eszközök- A gyártósoron eldől a végleges funkciójuk- Komplex feladatnál gond a korlátozott kínálat- Hosszú tervezési idő- A készülék módosítása, továbbfejlesztése drága- Egyedi feladatra ASIC/BOÁK - drága
- Programozható logikai eszközök (PLD)- „Tetszőleges” funkció megvalósítható bennük- A készülék fejlesztésekor csak át kell programozni- A lábak funkciója tervezhető, alakítható- A tervezési idő lecsökken- A prototípus sokszor megegyezik a végleges gyártmánnyal
A programozhatA programozhatóó logiklogikáák II.k II.
Programozható logikák:
- FPGA (Field Programmable Gate Array)- Nagy „kapuszám” (tipikusan több százezer kapu)- Nagy variálhatóság- Nagysebességű kommunikáció az eszközök között- Viszonylag nagy integrált memória- SRAM tartalmazza a konfigurációt
- CPLD (Complex Programmable Logic Device)- AND-OR felépítés- Kisebb kapuszám (tipikusan néhány ezer kapu)- Jól meghatározható késleltetés- Nagy órajel-frekvencia (több száz MHz)- Kis fogyasztás, alacsony ár- Mérésen nem témánk
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése I.se I.
Legfontosabb jellemzők:- Legfeljebb 74880 logikai cella, 5 millió kapu- Legfeljebb 633 I/O láb- Max. 280 MHz órajel- Korlátlan számú programozás- Számos logikai szabványhoz való illeszthetőség- IEEE 1149.1/1532 szabványú peremfigyelés (Boundary Scan)
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése II.se II.
CLB:Configurable Logic BlockKonfigurálható logikai blokk
IOB:Input/Output BlockBemeneti/Kimeneti blokk
DCM:Digital Clock ManagerÓrajel menedzselő blokk
Block RAM:18 kbites dual-portosRAM blokkok
Multiplier:18x18 bites szorzó(36 bites eredmény)
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése III.se III.
A konfigurálható logikai blokk (CLB)
- Kombinációs vagy szekvenciálishálózatok megvalósítására
- 4 szelet (SLICE) minden CLB-ben
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése IV.se IV.
A konfigurálható logikai blokk (CLB) (SLICEM)
LUT:Look-Up Table4 bites RAM alapú logikai függvény-generátor, amely konfigurálható RAM-nak, vagy shift-regiszternek is
FFX/FFY:Flip-flop X/YTárolóelem, konfigurálható D-FF-nak, vagy latch-nek, fő feladata a szinkronizálás
MUX:MultiplexerA belső kapcsolatok kialakítására
WSGEN:Write Signal Generator
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése V.se V.
A bemeneti/kimeneti blokk (IOB)
- Programozható kétirányú interfész egybe/kimeneti láb, és az FPGA belsőlogikája között
- Számos választható logikai szabvány (18aszimmetrikus és 8 szimmetrikus)
- DCI: digitálisan vezérelhető impedanciaaz illesztéshez
- Kapcsolható le- és felhúzó ellenállások
- Programozható SR és kimeneti áram-korlát (2…24 mA)
- ESD védelem
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése VI.se VI.
Az egységek kapcsolódása (Spartan)
PSM: Programmable SwitchMatrixProgramozhatókapcsoló mátrix
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése VII.se VII.
Az egységek kapcsolódása
Különféle kapcsolódási típusok
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése VIII.se VIII.
Az egységek kapcsolódása
A kapcsolódó egységek mátrixa
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése IX.se IX.
A kapcsolódási lehetőségek
Long Line:- 24 darabos kötegek, horizontálisan és vertikálisan- 6-6 egységet (példában CLB-t) tartalmazó csoport közül egy kapcsolódhat rá
- Egy egységhez max. 4 Long Line kapcsolódhat- Alacsony kapacitás → magas frekvenciás jelekhez- Skew (elcsúszás) kicsi- A dedikált órajel-vonalak (8 db) helyett is használható
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése X.se X.
A kapcsolódási lehetőségek
Hex Line:- 8 darabos kötegek, horizontálisan és vertikálisan- 3-3 CLB-t tartalmazó csoport közül egy kapcsolódhat rá- Egyetlen meghajtója lehet- Kissé magasabb kapacitás, mint a Long Line esetében, de még alkalmazható nagyfrekvenciás jelekhez
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése XI.se XI.
A kapcsolódási lehetőségek
Double Line:- 8 darabos kötegek- Az összes szomszédos egységhez csatlakozhat, de keresztirányban nem
- Nagyobb flexibilitás- Nagyobb kapacitás miatt lassabb
Direct Line:- Bármelyik két szomszédos egységet összekötheti, diagonálisan is
- Leggyakrabban az előző vonalakra (long, hex, double) való bekötéshez használt
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése XII.se XII.
A RAM blokk
Double Line:- Single/Dual port módban is működhet - 18 kbit kapacitás- XC3S200: 12 blokk, 216 kbit- XC3S5000: 104 blokk, 1,87 Mbit
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése XIII.se XIII.
Az órajel menedzselő áramkör
DLL:Delay-Locked Loop - Órajel-elcsúszás (skew) kiküszöbölésére (visszacsatolás)
DFS:Digital Frequency Syntethizer - Az órajel frekvenciáját szorozza meg egy beállítható konstanssal (felszorzás/leosztás)
Phase Shifter:Fázisban eltolt órajeleket képes létrehozni (pl. 90º, 180º, 270º)
DLL
A A SpartanSpartan FPGAFPGA--kk belsbelsőő felfelééppííttéése XIV.se XIV.
A peremfigyelés kialakítása (Spartan)
Az FPGA fejlesztAz FPGA fejlesztéés folyamatas folyamataDesign Entry/Synthesis:
- Terv létrehozása- Kapcsolási rajz alapon- HDL alapon (hardverleíró nyelv)- Egyéb forrásból (FSM,…)
- Kitételek/korlátozások megadásaDesign Implementation:
- A terv (logikai leírás) konvertálásafizikai információvá (konfigurálóbitfolyammá)- Mapping (MAP):
a terv adaptálása az adott eszköz-reben, kitételek feldolgozása,tervezési szabályok ellenőrzése
- Placement/Routing (PAR):elemek elhelyezése, összekötésekmegvalósítása, optimalizálás
Design Verification:- Az elkészült áramkör funkcionális
és minőségi vizsgálata (szimuláció/in-circuit ellenőrzés)
A SpartanA Spartan--3 3 FPGAFPGA--kk felkonfigurfelkonfiguráálláásasa
Legfontosabb tulajdonságok:
- Konfigurálás = RAM jellegű (felejtő) konfiguráló cellák konfigurációs bitmintával való feltöltése
- Konfigurálható:- Soros/párhuzamos memóriából (boot)- Soros interfészen keresztül (JTAG)
- Programozás
A SpartanA Spartan--3 fejleszt3 fejlesztőőpanel (panel (DigilentDigilent))
TovTováábbi informbbi informáácicióók k
- www.xilinx.com
- mai-mszglab.tar.hu/mai-mszglab.uw.hu
- Mérési útmutató- Varga László előadásának kivonata