Curso de Doctorado Microelectrnica Digital Miguel ngel Aguirre
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Curso de Doctorado: . Microelectrónica Digital Miguel Ángel Aguirre Echánove Departamento de Ingeniería Electrónica. Tema 6: Sistemas en un Chip. Nuevas perspectivas para las tecnologías de las FPGA’s. Codiseño HW/SW C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI
Concepto de Sistema en un Chip (SOC) 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 2
SOC = FPGA+? ? n FPGA’s típicas: – basadas en SRAM (tecnología estándar CMOS) – arquitectura simétrica – configuración mediante bit-stream n Concepto de SOC – Compuesto por otros módulos programables (Analog, m. P, . . . ). Arquitectura asimétrica – Estrategia de programación basada en la ubicación en memoria de los elementos de programación. Permite acceso aleatorio a los elementos del circuito, tanto en lectura como en escritura. – Interrelación entre los módulos más compleja que la relación entre los componentes discretos. 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 3
Concepto de Sistema Programable en un Chip (FIPSOC) I/O SYSTEM PORT AREA DMC ARRAY MICROCONTROLLER SYSTEM CONFIGURABLE ANALOG BLOCK 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 4
Triscend CSOC 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 5
FIPSOC: Dispositivo para Codiseño I/O SYSTEM PORT AREA DMC ARRAY MICROCONTROLLER SYSTEM CONFIGURABLE ANALOG BLOCK 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 6
Concepto de Codiseño “El diseño integral de sistemas implementados utilizando componentes software y hardware” n El problema surge cuando los componentes HW y SW interactúan fuertemente para resolver determinadas tareas. n 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 7
Investigación n Avances en los métodos de especificación formal y síntesis de alto nivel de los sistemas. Nuevos entornos de desarrollo. Nuevas aplicaciones que requieren sistemas embebidos demandan metodologías de diseño avanzadas para el desarrollo de los componentes HW/SW Necesidad de abaratar costes y mejorar comportamientos en el sistema completo convierte el problema de la distribución de componentes en un problema de optimización. 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 8
Aportaciones del Codiseño n En una propuesta convencional: – La decisiones adoptadas desde el módulo Hardware afectan de una manera directa al software y viceversa. n En codiseño: – El problema se trata como un todo. (“co” significa “juntos”) – El flujo de diseño de ambas partes está convenientemente coordinado 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 9
Metodología tradicional n El método tradicional: Análisis Sistema HW/SW DISEÑO Especificaciones Prototipo Desarrollo Nuevo reparto HW/SW 3/3/2021 Análisis C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 10
Metodología tradicional Análisis de requerimientos y condiciones Especificaciones del Sistema Particionamiento Hardware / Software Especificaciones del Hardware Síntesis del hardware y Configuración Especificaciones del Software Síntesis de la Interface Generación del Software y Parametrización Integración del HW/SW y co-simulación Evaluación del sistema 3/3/2021 Sistema Integrado C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI Verificación del Diseño 11
Metodología Tradicional. Particionamiento Hardware/Software 1. Modelado del sistema. Descripción formal del sistema. 2. Aplicación de un método de estimación de comportamiento y de análisis. 3. Aplicación de un mecanismo de particionamiento: -determinístico -estadístico -basado en ejemplos tipo Síntesis Hardware: 1. Mediante una descripción en lenguajes HDL ó C se crean los componentes HW 2. Selección de la tecnología que sustentará los componentes. 3. Establecer los criterios de síntesis para determinar el comportamiento final 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 12
Generación del Software: n 1. Los módulos se generan orientados a resolver los requerimientos del hardware n 2. La interdependencia con los módulos hardware obliga a establecer técnicas de distribución en el tiempo (scheduling), mecanismo que ha de estar implementado. n 3. Los módulos software dependen fuertemente de la tecnología utilizada para implementar los módulos hardware. Síntesis de la interface HW/SW 1. Permiten la sincronización de los módulos 2. Desde el punto de vista HW son señales de control. 3. Desde el punto de vista SW son semáforos e interrupciones. 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 13
Método basado en modelos n La técnica está basada en la generación de un modelo que no obligue a realizar el particionamiento en las etapas más tempranas del diseño. n Se busca el realizar la tarea de la asignación tecnológica en la etapa final. En diseños de gran dimensión permite el trasvase de elementos HW/SW sin dificultad. n 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 14
Método basado en modelos Análisis de requerimientos y condiciones Especificaciones del Sistema MODELADO Librería de modelos de sistemas Modelado del sistema VALIDACIÓN Hardware Interfaces 3/3/2021 Software Mejora Librería de modelos de simulación Simulación/Verificación Asignación de la Tecnología C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 15
Método basado en modelos n n n Se generan modelos a partir de caracterizaciones de sistemas reales. Es imposible modelar cualquier aspecto de un sistema real. Sólo se modelan aquellas cuestiones, objetivos y propósitos que hacen útil el modelo. La librería está compuesta de modelos de componentes básicos que se utilizan para la construcción de modelos más complejos. 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 16
Método basado en modelos Asignación tecnológica: – El diseño es independiente de la tecnología hasta etapa. La ventaja está en que los elementos no se ven condicionados hasta este momento. – Las interfaces vuelven a ser elementos claves: dependiendo de la tecnología adoptan una solución u otra para las señales de control, semáforos, interrupciones y otros medios de sincronismo. 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 17
Entornos de Diseño Requisitos de un sistema CAD para codiseño n Elementos específicos n 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 18
Requisitos del sistema Control de terceras herramientas, útiles para conectar con herramientas como ensambladores o síntesis HDL. n Control de versiones y proyectos n Control de librería n 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 19
Elementos específicos Metodologías de decisión n Control de tareas y flujo de diseño n Cosimuladores: Elementos capaces de conectar las herramientas de simulación software y hardware. n n La realidad es que la conexión entre herramientas es un problema complejo de intercambio de formatos y capacidad de manejar las herramientas en sus formas más avanzadas. 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 20
Modelado de Componentes HW/SW n n Los modelos de los componentes hardware y software son generalmente muy diferentes. Los modelos son un punto medio entre concreción y abstracción: – Un modelo muy concreto restringiría el ámbito de decisión del diseñador. – Un modelo muy abstracto introduce excesivas dificultades a la hora de crear una sistema eficiente. n Han de superar el modelo Von Newman de las computadoras para poder describir hardware. 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 21
Ejemplo: Simulación de un canal telefónico n Es un modelo que describe la respuesta de un canal telefónico: – – – n n Distorsión lineal offset de frecuencia Jitter de fase distorsión no linear ruido Se utiliza para diseño de modems Se simula mediante el Motororla DSP 560000 s 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 22
Interfaces DIRECCIONES DATOS CPU 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI FPGA 23
Sistemas Híbridos n n El resultado es un reparto de las tareas: Criterio global de máximas prestaciones Criterios de funcionalidad óptima de cada parte Considerar la morfología del sistema 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 24
Conflictos por decisiones en el flujo 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 25
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