1
FPGA, µC, µP quelle est la solution?
REALISE PAR:BIBARI WAELHARD&SOFT DEVELOPER INDUSTRIAL DEVISION
2
Plan Microprocesseur
µP-Exemples
Microcontrôleur µC-Exemples
FPGA Outils de CAO
FPGA,µC,µP quelle est la solution? Système Embarqué µC VS µP Usage des µC et µP Usage des FPGAs
Evolutions-CODESIGN Les nouvelles utilisations des FPGAs Le CODESIGN Flot de CODESIGN
Conclusion
3
Microprocesseur
• Un microprocesseur est un processeur dont les composants ont été suffisamment miniaturisés pour être regroupés dans un unique circuit intégré. Fonctionnellement, le processeur est la partie d’un ordinateur qui exécute les instructions et traite les données des programmes.
Microprocesseur
Il y a un compteur d'adresse, de pile, un accumulateur, une ALU, des registres. Et il faut rajouter des tas de périphériques externes : RAM ROM I/O UART etc.
5
Microprocesseur-Exemples
Processeur INTEL
Processeur NVIDIA de la carte graphique
Processeur PowerPC de IBM et Motorola
6
Microcontrôleur • Un microcontrôleur est un circuit intégré qui rassemble les
éléments essentiels d'un ordinateur : processeur, mémoire (mémoire morte pour le programme, mémoire vive pour les données), unités périphériques et interfaces d’entrées-sorties. Les microcontrôleurs se caractérisent par un plus haut degré d'intégration, une plus faible consommation électrique (quelques milliwatts en fonctionnement, quelques nanowatts en veille), une vitesse de fonctionnement plus faible (quelques mégahertz à quelques centaines de mégahertz) et un coût réduit par rapport aux microprocesseurs polyvalents utilisés dans les ordinateurs personnels.
7
Microcontrôleur
8
Microcontrôleur-Exemples
Microcontrôleurs de MICROCHIP appelés PIC
Microcontrôleur de PHILIPS
9
FPGA
• Composant, constitué d’un ensemble de ressources logiques élémentaires configurables pouvant être mises en relation par un réseau d’interconnexions aussi configurable
FPGA : Field Programmable Gate Array
10
LA FAMILLEALTERA
11
FAMILLE
XILINX
1212
• Tous les fabricants de FPGA proposent des outils de CAO, passage obligé pour configurer leurs circuits:
pour Xilinx c’est ISE - Foundation
pour Altera c’est Quartus ou MAX + II
• Avec ces outils on peut réaliser tout le flot de conception de la synthèse à la configuration. Pour certaines phases du flot ces outils font en fait appel à d’autres outils
FPGA
1313
Autres outils de CAO
Flot FPGA
Synthèse
Simulation
14
FPGA
• AVANTAGES
• possibilité de prototypage
• Time-to-Market faible
• adaptabilité aux futurs évolutions grâce à la reconfiguration
• flexibilité
• INCONVENIENTS
• intégration limité par les ressources de routage
• performances
• prix à l’unité élevé pour de grosses productions
15
FPGA, µC, µP quelle est la solution?• Aujourd’hui les systèmes numériques font de plus en plus
appel conjointement à des ressources logicielles micro-programmées (µP, µC, DSP) et des ressources matérielles reconfigurables (FPGA)
• D’où l’idée de mettre sur une même puce un cœur de microprocesseur et un cœur de logique configurable, les deux étant optimisés technologiquement
• Le cœur de processeur peut prendre environ 10% de la surface totale de la puce
16
Système Embarqué
• L’Architecture sera faite avec les Ingénieurs Informaticiens « Embarqués » et Ingénieurs Electroniques.Ensuite, les électroniciens vont sélectionner le cœur du système : FPGA et/ou CPU (µC, µP).Avec les données client : Production Annuelle, Prix de Revient produit, aide des technico-commerciaux (coût, disponibilité…), la référence du cœur sera arrêtée.
17
Système Embarqué
• Altera propose le circuit Excalibur contenant :
• une partie configurable : type APEX 20K1000
• un cœur de processeur : ARM9 (32 Bits) à 200MHz
8 K octets de cache Instructions
8 K octets de cache Données
Matrice FPGA
Cœur ARM 922T
RAM simple portRAM double port
18
Système Embarqué
PLL
Timer
UART
InterruptControllerWatchdog
Timer
JTAG
128 Kbytes SRAM64 Kbytes DPRAM
32 Kbytes SRAM16 Kbytes DPRAM
256 Kbytes SRAM128 Kbytes DPRAM
DPRAM
XA1
XA4
XA10
TraceModule
ARM922T
SRAM SRAM SRAM
DPRAM DPRAM
ExternalMemoryInterfaces
Processor & Interfaces
I-CACHE D-CACHE
ARM 8K Bytes 8K Byte
LEs 4160
ESB Bytes 6.5K
LEs 16400
ESB Bytes 26K
LEs 38400
ESB Bytes 40K
FPGA
Coeur de processeur
19
µC VS µP
Anciennement, un microcontrôleur était moins puissant qu'un microprocesseur ... ce n'est plus vrai. il y a des µC 32 bits plus puissant qu'un µP 8 bitsQuand je parle de 32 ou 8 bits, ce n'est pas le nombre de bit I/0, mais la largeur du bus data de la mémoire RAM. Plus il est large, plus on peut traiter, d'un seul coup, des entiers grands. Pour déterminer la puissance réelle, il faut considérer l'architecture, la fréquence d'horloge et l‘âge du capitaine.
20
Usage des µP et des µC
Classement grossier de l'usage des µP et des µC:• Un µP est utilisé dans un ordinateur (ou très connexe ex. un
routeur). • Un µC est utilisé dans un appareil qui n'est pas de
l'informatique à la base mais qui a besoin d'automatismes.• En fait la différence n'est pas si tranchée et surtout est une
question de coût.• Dans certain cas il est plus rentable de construire une carte
avec un µC car les volumes produits sont grands (ex. les calculettes, les lecteurs mp3, etc.). L'usage d'un µC est plus remarquable dans le domaine de l'industrie ou l'on souhaite actionner des périphériques (ex. la résistance chauffante, le moteur, l'affichage, etc. d'une machine à laver).
21
• Dans d'autres il est plus intéressant de mettre des ordinateurs style PC en rajoutant un périphérique spécifique pour faire fonctionner l'appareil (ex. certains Distributeurs Automatiques de Billets).
• L'augmentation de puissance profite autant aux µP qu'aux µC.• Il est probable aussi que l'intégration de plus en plus
importante fera que les parties externes des ordinateurs (mémoire, gestion des interruptions, etc.) vont se retrouver dans le boitier du µP . On a déjà commencé avec la mémoire cache et les chip set.
• On peut "prédire" que dans quelques années la distinction entre µP et µC ne se fera plus.
22
• Les FPGAs servent principalement au prototypage : Avant de graver un circuit en silicium et le mettre sous forme
d'IC on peut le tester entièrement (HW et SW) sur une carte FPGA avant de lancer ça production.
Pour revenir à ce qui a été dit avant, un exemple typique d'utilisation combiné µP ou µC avec FPGA consiste en l'ajouts d'instructions non implémentées sur le capitaine d'origine.
Usage FPGA
2323Architecture, Conception et Utilisation des
FPGA 23
EVOLUTIONS
CODESIGN
2424
Les nouvelles utilisations des FPGA
Longtemps réduit au prototypage, aujourd’hui les FPGA sont utilisés, pour leur capacité de reconfiguration, dans des systèmes électroniques complexes, même pour de la grande série.
• le CoDesign pour le Run Time Reconfigurable
• les SORC : System-On-a-Reconfigurable-Chip
2525
Le CoDesign
Définition : Les méthodes de CoDesign sont des méthodes de développement simultané (de manière concurrente) des parties HW et SW (spécification, design, vérification)
SW = microprocesseur HW = FPGA ou ASIC
Buts :
• Gérer au mieux l’hétérogénéité de la nature des fonctions qui composent le système (du logiciel à l’architecture reconfigurable)
• Comparer les différents choix de partitionnement
• Définir les interfaces entre le SW et le HW
• Valider le système complet (co-vérification et co-simulation)
2626
Flot de CoDesign
SPECIFICATION HAUT NIVEAU DE L’APPLICATION
ESTIMATION SYSTEME
ESTIMATION LOGICIELLE ESTIMATION MATERIELLE
PARTITIONNEMENT
SYNTHESE LOGICIELLE SYNTHESE MATERIELLESYNTHESE INTERFACE
COSIMULATION
IMPLEMENTATIONHW et SW
TESTS
ordonnancement de l’applicationproposition de candidats HW et SW
Choix des réalisation HW ou SW
Retour d’expérience
2727
Conclusion
Le domaine des architectures reconfigurables est un domaine en extension il est nécessaire de faire des travaux de recherches sur :
• Architectures basse consommation de puissance (Low- Power)
• Architectures hétérogène (HARD + SOFT)
• Co-conception (Co-Design)
• Outils d’estimation de performances haut niveau
• Outils d’exploration de l’espace de conception
28Architecture, Conception et Utilisation des
FPGA 28
MERCI ...
29
Top Related