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.

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

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)

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

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

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

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”

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Conflictos por decisiones en el flujo 3/3/2021 C. Doctorado: Microelectrónica Digital. Tema VI 25