Краткий обзор по применению систем на кристалле
|
Скачать 90.98 Kb.
|
|
Введение. Данное руководство представляет собой документ, необходимый для предварительного ознакомления с Платой Развития, поставляемой с мегафункцией Nios ®, описывает особенности и функциональные возможности Nios ® CPU платы развития, включенной в Комплект Развития ExcaliburTM. В документе содержатся методики к выполнению лабораторных работ по программированию и отладке программ для Nios ®. Краткий обзор по применению систем на кристалле.Время микросхем, скажем так, стандартных – заканчивается. Сегодня вряд-ли можно себе представить начинку сотового телефона, состоящую из отдельных микросхем процессора, сигнального процессора, отдельного контроллера дисплея и т.д. Развитие технологии по значительному увеличению ресурсов микросхем приводит к кардинальным изменениям в проектировании устройств. Начинается новое время – время “систем на кристалле”. Сегодня «горячая тема» - разработка программной модели ядер устройств. Описания ядер на языках группы VHDL позволяет компоновать проекты из готовых и отлаженных частей. Далее все части собираются в один проект для создания «системы на кристалле». Разработка самих систем, частей таких систем – библиотечных мегафункций или ядер, становится не только заманчивой перспективой но и реальностью. Причем прибыльной реальностью. Так, по данным из Интернета, фирма, продающая лицензию на свое ядро процессора для телекоммуникаций, получает за каждую продажу лицензии 150 тыс. долл. единовременно, и по 7 долл. с каждой выпущенной по их лицензии микросхемы за первый год выпуска и по 2 долл. с каждой микросхемы за последующие годы. Представьте, что это процессор для сотового телефона или видеокарты и посчитайте. За последние полгода технологический рывок изготовителей микросхем привел к тому, что появились микросхемы, способные работать с ядром процессора на частоте до 300 МГц. Ресурс, который можно занять для проекта, так же вырос. Появились аппаратные блоки, например процессор ARM-7 в микросхемах серии “Экскалибур” или умножители в серии “Стратикс” А это значит, что микропроцессор, реализованный в FPGA способен составить конкуренцию DSP средней производительности. А, при выполнении блоков выполняющих умножение и деление по заданному пользователем алгоритму, микропроцессор, реализованный в FPGA и ориентированный на конкретную задачу пользователя, будет иметь производительность не ниже, а может быть и выше, чем самые быстрые DSP. Рост популярности того или иного направления можно оценить по количеству сайтов в Интернете, на которых отражаются интересы разработчиков. Фирмы-производители микросхем предлагают различные ядра, оптимизированные под их продукцию, для встраивания в проекты пользователя, например http://www.altera.com/ipmegastore/index.html. Фирма Triscend предлагает 40-MHz 8051-ядро на кристалле, с FPGA, доступной пользователю. Аналогичный продукт есть и у фирмы Atmel – FPSLIC. Более подробное описание по предлагаемым продуктам приведено в Л3, 4. Фирма Altera предлагает микроконтроллеры на ядре an ARM9T (http://www.arm.com/) или на ядре MIPS32 4K (http://www.mips.com/). Часть проекта фирмы Altera ™ по встроенным решениям, процессор - Excalibur, и его вариант реализации - программное ядро встроенного процессора Nios ™. Nios - это встраиваемый процессор общего назначения, с перестраиваемой конфигурацией, который легко вписывается в устройство Altera APEX ™, оставляя большинство логики, доступной для размещения там периферийных устройств и пользовательских функций. Встраиваемое ядро процессора Nios - конвейерный RISC процессор, в котором команды выполняются за один цикл частоты синхронизации. - Использует 13 % APEX EP20K200E устройство в конфигурации на 16 бит - Использует 20 % APEX EP20K200E устройство в конфигурации на 32 бита - До 50 MIPs и 50 МГЦ в APEX EP20K200E устройстве при конфигурации на 32 бита. Кроме широко известных сайтов фирм-производителей появились и поддерживаются и наши, российские сайты, такие как www.asicdesign.ru, белорусский http://nit.gsu.unibel.by/IEESD-2000. Проекты и их части перепродаются как интеллектуальная собственность, тоесть они становятся товаром. Сайт по перепродаже проектов - http://www.hellobrain.com/. Но вместе с тем существуют и развиваются некоммерческие центры, такие как сайты предлагающие открытые проекты - и www.opencores.org. Есть так же и сайты, поддерживающие разработку именно процессоров в FPGA http://www.fpgacpu.org/. Рост интереса к разработке именно процессоров отражается ростом публикаций открытых проектов на сайте www.opencores.org. Сейчас там предлагается 35 проектов микропроцессоров от крошечного tiny8 до 32- битного «Yellow Star». Что же касается российских разработчиков и разработчиков стран СНГ, то здесь несколько иная ситуация. Фирмы-производители микросхем имеют программу по поддержке партнеров-разработчиков ядер (мегафункций). Это и реклама, и сервис и многое другое. Но для российских разработчиков попасть в партнеры пока еще практически невозможно и это резко ограничивает их возможности. Далее о «ядерных колхозах». Как только появились ядра процессоров как товарные продукты, так тут-же в игру вступили фирмы разработчики программного обеспечения. Это в первую очередь операционные системы реального времени, компиляторы языков высокого уровня, отладчики, симуляторы и т.д. Не остались в стороне и фирмы-разработчики вспомогательного оборудования. Здесь можно упомянуть о фирмах, начиная от производителей «стартовых наборов» и до производителей измерительного и испытательного оборудования. Таким образом весь комплекс средств для разработки, отладки и производства систем со встроенными микроконтроллерами становится так-же товарным продуктом, что позволяет значительно ускорить темпы разработки и сократить трудоемкость разрабатываемого проекта. Подробнее об этом можно узнать на сайте фирмы «ЭФО». Преимущества микропроцессора, “встроенного в FPGA”.“Встроенные в FPGA” микропроцессоры и микроконтроллеры на их основе имеют главное преимущество перед обычными микроконтроллерами средней производительности: они абсолютно синхронны со всем остальным проектом, расположенным в этой же микросхеме. Если устройство, которое Вы проектируете работает в реальном времени и с большими потоками данных, которые Вы должны извлекать из периферии и отдавать в периферию, то задача синхронизации становится достаточно серьезной. Все быстрые «мелкие» микроконтроллеры работают асинхронно (относительно периферии в ALTERA), и не имеют аппаратного входа “Готовность”, поэтому они могут синхронизироваться с периферией только программно, а для программной привязки их к синхронному проекту в Altera нужно, во первых, несколько команд процессора, что займет несколько тактов синхрочастоты и, во вторых, это так-же требует ресурса микросхемы FPGA и, в третьих, занимает довольно много места на плате. Быстрые «крупные» процессоры имеют возможность аппаратной синхронизации по входу «готовность», но дороги и занимают еще больше места на плате. Да и применение «крупного» процессора для небольших задач нецелесообразно. А это значит, что при том же быстродействии ядра процессора получится выигрыш по производительности в 2-3 раза. Следующее преимущество – специализированные команды пользователя. Это значит, что проектируя микроконтроллер, пользователь может произвести предварительное программирование и определить в потоке команд, выполняемых процессором, группы наиболее часто повторяющихся команд. Если теперь группу таких команд объединить в одну специализированную команду, то быстродействие процессора для данного класса задач увеличится, а программировать его станет легче. Специализированные команды пользователя, см. например, описание команд процессора NIOS, могут быть однотактные или мгоготактные. Они могут выполняться в ALU микропроцессора или в дополнительном вычислительном блоке, подключаемом к ALU, например FFT, FIR и т.д. Еще одно преимущество – микроконтроллер становится «невидимым». То есть микроконтроллер, конечно есть, просто увидеть его уже нельзя. Это не шкаф, не каркас, не набор плат и, даже, не корпус микросхемы. Это теперь просто файл, который входит в другой файл. Но, что удивительно, свои функции он выполняет не хуже, а часто лучше, чем его «старший брат». И последнее, что необходимо отметить – микроконтроллер получает ту периферию и в таком количестве, какую нужно пользователю. Периферия же может быть самой экзотической: от простого UART’a и до контроллеров Ethernet MAC 10/100, или сопроцессоров DSP. Среди библиотечных элементов, описывающих периферию для микропроцессора, доступны следующие:
Конечно, этот список далеко не полный, но он дает представление о том, какой уровень разработок библиотечных элементов достигнут. Подключив требуемые библиотечные элементы можно сформировать необходимый для конкретного применения микроконтроллер. У нас же есть конечный автомат, зачем нам что-то еще?Часто можно услышать такие рассуждения: «Для обработки чего-то сложного 16-ти битного или 32-битного, конечно, применим процессор. Но вот для чего-то мелкого, зачем нам эти программы, ассемблеры и т.д. У нас же есть конечный автомат, ну и еще пригоршня триггеров. Обойдемся и этим». Чтобы сравнить микроконтроллер с конечным автоматом, необходимо сравнить трудоемкость следующих работ:
Команды, выполняемые микропроцессором, определены по времени выполнения и не зависят от программы, выполняемой на данном процессоре. Поэтому микропроцессор обычно выполняется с требуемым быстродействием и это быстродействие не зависит от конкретного применения, от изменений или доработок программы при отладке. NIOS, как пример встроенного микроконтроллера. Часть проекта фирмы Altera ™ по встроенным решениям, процессор - Excalibur, и его вариант реализации - программное ядро встроенного процессора Nios ™. Nios - это встраиваемый процессор общего назначения, с перестраиваемой конфигурацией, который легко вписывается в устройство Altera (r) APEX ™, оставляя большинство логики, доступной для размещения там периферийных устройств и пользовательских функций. Встраиваемое ядро процессора Nios - конвейерный RISC процессор, в котором команды выполняются за один цикл частоты синхронизации. . Рис 1 показывает, встроенный процессор Nios, который имеет следующие особенности: Загружаемая RISC архитектура, с перестраиваемой конфигурацией - Полностью синхронный адрес и интерфейс шины данных. - Разрядность данных 16 или 32 бита. - Адресное пространство 128 килобайт и 8 гигабайт, соответственно. - 16-битовая система команд. - Малые требования к памяти. - Совместимый со стандартными FLASH устройствами. - Поддерживает как память на кристалле, так и внешнюю память. - Архитектура конвейера с 5 стадиями. - Одна команда выполняется за один цикл частоты. - До 512 регистраторов общего назначения. - Для ускорения обработки прерывания, доступ к регистрам осуществляется через окно в 32 регистра. - 64 векторизованных прерывания. Периферийные устройства на кристалле, настраиваемые пользователем - Универсальный Асинхронный Приемопередатчик (UART), таймер, Параллельный ввод - вывод (PIO), SRAM, и интерфейс FLASH памяти - Будущие периферийные устройства включают в себя: последовательный периферийный интерфейс (SPI), Модулятор ширины импульса (PWM), IDE контроллер диска, Контроллер Локальной сети 10/100 Ethernet, на основе протокола CSMA-CD (MAC), и SDRAM контроллер Оптимизированный для APEX: - Использует 13 % APEX EP20K200E устройство в конфигурации на 16 бит - Использует 20 % APEX EP20K200E устройство в конфигурации на 32 бита - До 50 MIPs и 50 МГЦ в APEX EP20K200E устройстве при конфигурации на 32 бита MegaWizard интерфейс, который конфигурирует ядро процессора, подключение шин, и периферийные устройства - Генерирует периферийный модуль шины (PBM) - Назначает уровень IRQ и приоритеты - Назначает периферийные базовые адреса - Осуществляет 8-, 16-, и параметры конфигурации ширины данных на 32 бита (динамическая шина, устанавливающая размеры) - Конфигурирует периферийные состояния ожидания.  Рис.1 Интерфейс MegaWizard позволяет пользователю выбрать тип и производительность отдельных узлов процессора, чтобы иметь достаточно производительности при минимуме затраченных ресурсов. |
Похожие:
 |
Система на кристалле мцст-r500S Аннотация. Рассмотрены архитектура, структура и технические характеристики системы, включающей в одном кристалле два процессорных... |
|
М. В. Легенчук Научная библиотека Южно-Уральского государственного университета Оn line систем управления библиографической информацией в науке и образовании. Приводится краткий обзор библиографических менеджеров,... |
|
Реферат, краткий обзор, резюме; мн ч. тезисы |
|
Руководство по эксплуатации Оглавление Краткий обзор |
 |
Адаптивные обучающие системы в World Wide Web: обзор имеющихся в распоряжении технологий Эта статья представляет краткий обзор технологий и их возможностей в адаптивных обучающих системах в Web. Системы рассмотрены в соответствии... |
|
Работа представляет собой краткий обзор состояния дел в области разработки... Изложены базовые принципы построения ситемы управления на базе поведенческих реакций и архитектуры системы управления группой летательных... |
|
Учебник. Часть 1 Введите аннотацию документа. Аннотация обычно представляет собой краткий обзор содержимого документа. Введите аннотацию документа.... |
|
Руководство для свободного художника Лаклан Хант Краткий обзор html |
|
Краткий обзор Целью обзора является показ интересующимся рассекреченной части проблемы и современного положения линии секретности в ней |
|
Отчет ОАО «мус энергетики» Краткий обзор основных рынков, на которых Общество осуществляет свою деятельность и группы продукции Общества |
|
Краткий обзор конфигурации с хема конфигурации Пример: подключение 2-х счётчиков (могут быть заменены на один дифференциальный) |
|
Р. Е. Пубаев «Чжуд-ши» классический источник тибетской медицины,... Впервые на русском языке описаны методы диагностики, технология приготовления лекарственных форм, способы назначения и техника проведения... |
|
Положение общества в отрасли 5 Краткий обзор рынка 5 Отчет Совета директоров о результатах развития Общества по приоритетным направлениям в 2013 году 19 |
|
Научная концепция реэкспозиции музея истории спбгэту «лэти» Выпускная... Краткий обзор истории университетских музеев |
|
Краткий обзор современных литературных премий Мбук биц г п. Мытищи. Это издание – первое в долгосрочном проекте по пропаганде книг и чтения «В мире книг» |
|
«Открытое правительство» (краткий обзор) Содержание Введение 5 Предложения Рабочей группы «Открытое правительство» по фундаментальным принципам и приоритетам деятельности Правительства РФ на 2013-2015... |