Il tool di progettazione ISE 11

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email

Come mettere la parola “VOI” negli ambienti di progettazione per FPGA user-specific.

Sarei in difetto come direttore marketing di un produttore di FPGA se non ammettessi almeno una volta in questo articolo che gli FPGA stanno mantenendo la loro promessa di supportare la progettazione system-on-chip, grazie ai notevoli risultati ottenuti nella tecnologia di processo e all’ingegnosità della progettazione su silicio. Nella nuova generazione, gli FPGA possono prendersi porzioni più ampie del sistema come co-processori, unità DSP, piattaforme di comunicazione e, in alcune applicazioni, come un system-on-chip completo.

Grazie alla Legge di Moore, l’industria FPGA ha aumentato il numero di porte logiche, prestazioni e funzioni dedicate, che permettono a questi dispositivi di conquistarsi il ruolo all’interno dei sistemi elettronici che era stato esclusivamente di ASIC e ASSP. In definitiva, questi pezzi formidabili di silicio potrebbero anche essere solo sabbia se i progettisti che possono sfruttarli non possedessero gli strumenti giusti per costruire i propri sistemi.

Non c’è dubbio che i tool per FPGA, in ogni nuova generazione, hanno compiuto passi da gigante nel migliorare i tempi di esecuzione della sintesi e di compilazione, e gli algoritmi per il place-and-route, fornendo anche bassi valori di consumi e prestazioni elevate sul silicio. Tutto ciò significa poco per il progettista del software, per il progettista DSP, o per l’architetto di sistema che non ha familiarità nel regolare i propri progetti sugli FPGA. Un FPGA fornisce prestazioni migliori e personalizzazione del progetto rispetto a una MPU o a un ASSP; tuttavia non si può muovere un rimprovero ai progettisti che decidono di scegliere una di queste ultime due soluzioni, semplicemente perché sono più facili e veloci rispetto all’apprendere una nuova metodologia, soprattutto dal momento che essi vedono la contrazione dei propri cicli di progettazione. Per soddisfare tutti gli utenti di FPGA, i produttori necessitano di automatizzare senza però imporre i flussi di progettazione; di conseguenza dobbiamo rispondere alle esigenze di diverse discipline di progettazione.

Consideriamolo da un’altra prospettiva: affinché i produttori di FPGA abbiano un impatto molto maggiore nell’estendere l’adozione degli FPGA, dobbiamo andare al di là dell’attuale progettista VHDL e Verilog (Logico) per affrontare le esigenze e le metodologie di altri domini di progettazione, come il software embedded e il DSP. Questi progettisti hanno esigenze specifiche, metodologie di progetto e linguaggi diversi. Ciò che dobbiamo realizzare è una base da cui un produttore di FPGA e il proprio ecosistema di fornitori terzi possano partire per supportare applicazioni e mercati specifici.

A febbraio 2009, con l’introduzione delle nuove famiglie di FPGA Virtex 6 e Spartan 6, Xilinx ha iniziato a illustrare ai clienti un concetto chiamato Piattaforme di Progetto Mirate (Targeted Design Platform). Mentre abbiamo sempre fornito ai progettisti schede, silicio, tool, proprietà intellettuale e progetti di riferimento, quello che è diventato molto chiaro nel corso degli anni era che avevamo l’esigenza di un modo più formalizzato ed efficiente di fornire ai progettisti una base su cui fondarsi. I clienti richiedono soluzioni che siano più complete, scalabili e noi abbiamo cristallizzato questo approccio nelle Piattaforme di Progetto Mirate.

Il concetto di Piattaforme di Progetto Mirate descrive l’integrazione di cinque componenti chiave che tengono in considerazione il processo di progettazione e il successo del cliente:
1) dispositivi FPGA
2) core di proprietà intellettuale (IP)
3) ambienti di progettazione con metodologie collaudate
4) progetti di riferimento robusti
5) schede e kit scalabili.
Come parte di questo approccio, noi armonizziamo le nostre offerte di tool con l’impegno prefissato di fornire tutti i tool e l’IP necessari per domini di progetto specifici – Logica, Embedded, DSP e Sistemi – in modo che i progettisti possano essere più produttivi. I progettisti logici avranno naturalmente sempre bisogno di accedere a un flusso completo per la progettazione basata sul linguaggio RTL, che includa tutti i tool tradizionali per gli FPGA per il floorplanning avanzato, la verifica in-circuit e la realizzazione incrementale. Tuttavia, i produttori di FPGA devono pensare “al di fuori degli schemi” per far usare le logiche programmabili in modo efficace ai progettisti embedded e DSP, oltre che agli architetti di sistema che devono mettere tutto quanto insieme.

I produttori di FPGA hanno supportato l’elaborazione embedded e digitale per molti anni, ma dal momento che siamo cresciuti in questo settore abbiamo assistito a molti cambiamenti di rilievo. Ad esempio, nel corso degli ultimi due anni e mezzo in particolare, abbiamo osservato che una media del 20% dei clienti che realizzano progetti embedded usano più di un processore. La sfida che i clienti hanno affrontato in passato è stata di cercare per forza il modo di fare questo da soli. Ora, noi dobbiamo fornire un flusso più automatizzato che semplifichi la generazione dei sistemi e sia in grado di trarre vantaggio dalla presenza di più processori.

I progettisti embedded necessitano di una metodologia che permetta di configurare rapidamente una piattaforma hardware e di creare un progetto software su misura che includa le librerie più appropriate, oltre alla generazione automatica dei driver del dispositivo e a un board support package completo. Disporre di un simile ambiente produttivo fa risparmiare tempo, accelerando le fasi di progettazione che sarebbero altrimenti manuali e soggette a errori. Inoltre devono poter creare le proprie piattaforme di elaborazione su misura, riducendo al contempo i costi a livello di sistema con il consolidamento delle funzioni esterne all’interno dell’FPGA. Questo consentirebbe loro di scegliere la combinazione perfetta di funzionalità e di dimensioni per i propri sistemi, e di ottimizzare i compromessi di progetto hardware/software per ottenere i risultati migliori in termini di rapporto prezzo-prestazioni.

Ora diamo un’occhiata al flusso di progettazione DSP. Per supportare gli sviluppatori di algoritmi che intendono realizzare i propri algoritmi complessi all’interno degli FPGA, è necessario un flusso altamente automatizzato che non richieda la familiarità con i linguaggi di descrizione hardware: dovrebbero essere in grado di usare l’ambiente di progettazione DSP sin dalle prime fasi del flusso complessivo di sviluppo del sistema, per esplorare le soluzioni hardware per gli algoritmi ad alto livello o per assemblare sistemi DSP completi per la produzione.

Prendete ad esempio un progettista DSP che parta con l’ambiente Simulink di The MathWorks per realizzare un progetto basato su modelli: inizia con un insieme di blocchi che rappresentano a un alto livello il flusso di dati per l’algoritmo su cui sta lavorando. Ora, vuole mettere a punto il progetto all’interno di un FPGA, quindi apre un tool dall’interno dell’ambiente Simulink e, usando la proprietà intellettuale per le funzioni DSP fornita dal produttore, può generare dei blocchi per realizzare il modello di livello successivo, che può essere realizzato e verificato usando Simulink o MATLAB per il proprio test bench.

Il flusso di progettazione DSP comporterebbe tipicamente questi passaggi:
– Sviluppo e verifica del modello hardware usando i tool standard di The MathWorks in
combinazione con Xilinx System Generator e il tool di sintesi AccelDSP
– Generazione di una rappresentazione HDL del circuito accurata in termini di bit e di cicli, implicando che il comportamento è garantito per corrispondere alla funzionalità osservata nel modello originario.
– Sintesi del progetto e generazione di un flusso di bit che può essere usato per programmare l’FPGA. Viene così eliminato il passaggio soggetto ad errori e dispendioso in termini di tempo, che co
nsiste nell’avere un progettista FPGA che traduce il progetto del progettista DSP/Architetto di Sistema in linguaggio HDL.

In questo modello, il progettista potrebbe usare un filtro che ha coefficienti che devono adattarsi ai dati che attraversano il sistema, quindi aggiungerebbe un componente processore al filtro attraverso una memoria condivisa. Con i tool di Xilinx, può anche invocare il kit di sviluppo del software dall’interno di System Generator, scrivere un po’ di codice C per aggiornare i coefficienti in base ai dati e quindi compilare l’intero blocco e scaricarlo su una scheda per la correzione degli errori in tempo reale, usando ancora il test bench in ambiente SimuLink o MATLAB con la funzione di co-simulazione hardware. Infine, se ravvisa la necessità di modificare parte del codice in C, lo può fare in corso d’opera senza dover ricompilare il progetto.

Il ruolo di System Architect è di raggiungere la convergenza dell’intero progetto rispetto alle specifiche, e in relazione alla complessità del progetto stesso, questi potrebbe avere necessità di operare attraverso le discipline Embedded, DSP ed RTL. Qui è dove i produttori di FPGA devono fornire tool sia a livello di sistema sia a livello di RTL.

L’idea della progettazione a livello di sistema è di integrare domini diversi per sfruttare meglio le risorse all’interno dell’FPGA. Con applicazioni che si basano sempre più su funzioni per DSP, dovrebbero essere possibili vantaggi significativi di prestazioni attraverso l’uso di acceleratori che possono essere sfruttati dal processore. Uno dei grandi vantaggi della progettazione a livello di sistema specifica per FPGA, è la capacità di eseguire il partizionamento del sistema, gestendo i compromessi di progetto su quanto è stato realizzato in software e quanto è stato realizzato su hardware. Per molti utenti, gli algoritmi non sono necessariamente ottimizzati per i linguaggi HDL a basso livello di astrazione.

La flessibilità fornita dagli FPGA per progettare, mettere a punto e modificare su chip l’hardware a livello di sistema, non è mai stata di importanza più vitale che nell’odierno ambiente globale sotto pressione, e mai prima d’ora per uno spaccato così ampio di settori, aziende e ingegneri. Presi fra le sfide aziendali in crescita e l’evoluzione dei requisiti dei prodotti, anche durante il ciclo di progettazione, i costruttori di sistemi elettronici stanno ravvisando la necessità di passare agli FPGA, per aggirare gli ostacoli che potrebbero altrimenti portare a compromessi debilitanti. I produttori di FPGA, insieme ai nostri partner, devono concentrarsi nel presentare nuovi modi di aiutare i clienti a mantenere il passo con i requisiti aziendali e di prodotto in rapida evoluzione per i progressi in corso, non solo nella tecnologia su silicio degli FPGA, ma anche all’interno dei tool, allo scopo di offrire un’esperienza di progettazione più orientata al mercato e a misura di utente.
 

Tom Feist, ISE Design Suite, Sr. Marketing director, Xilinx

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email