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FPGA
Outils de CAO
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MicroprocesseurUn 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.3
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  • 1. FPGA, µC, µP quelle est la solution?REALISE PAR:BIBARI WAELHARD&SOFT DEVELOPER INDUSTRIAL DEVISION1
  • 11. Usage des µC et µP
  • 14. Les nouvelles utilisations des FPGAs
  • 18. MicroprocesseurUn 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.3
  • 19. 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.
  • 20. Microprocesseur-Exemples   5Processeur INTELProcesseur NVIDIA de la carte graphiqueProcesseur PowerPC de IBM et Motorola
  • 21. Microcontrôleur 6Un 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.
  • 23. Microcontrôleur-Exemples8Microcontrôleurs de MICROCHIP appelés PICMicrocontrôleur de PHILIPS
  • 24. FPGA9FPGA : Field Programmable Gate ArrayComposant, constitué d’un ensemble de ressources logiques élémentaires configurables pouvant être mises en relation par un réseau d’interconnexions aussi configurable
  • 27. 12FPGA Tous les fabricants de FPGA proposent des outils de CAO, passage obligé pour configurer leurs circuits:
  • 28. pour Xilinx c’est ISE - Foundation
  • 29. pour Altera c’est Quartus ou MAX + II
  • 30. 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 outils12
  • 31. 13Autres outils de CAOFlot FPGASynthèseSimulation13
  • 34. adaptabilité aux futurs évolutions grâce à la reconfiguration
  • 37. prix à l’unité élevé pour de grosses productionsFPGA, µC, µP quelle est la solution?15Aujourd’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 technologiquementLe cœur de processeur peut prendre environ 10% de la surface totale de la puce
  • 38. Système Embarqué 16L’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.
  • 39. 17Cœur ARM 922TRAM simple portRAM double portMatrice FPGASystème EmbarquéAltera propose le circuit Excalibur contenant : une partie configurable :
  • 41. un cœur de processeur :
  • 42. ARM9 (32 Bits) à 200MHz
  • 43. 8 K octets de cache Instructions
  • 44. 8 K octets de cache Données18Processor & InterfacesSystème EmbarquéExternalPLLUARTTraceMemorySRAMSRAMSRAMModuleCoeur de processeurInterfacesTimerJTAG I-CACHE D-CACHEARM 8K Bytes 8K ByteInterruptDPRAMDPRAMDPRAMARM922TWatchdogControllerTimerXA1LEs 4160ESB Bytes 6.5K32 Kbytes SRAM16 Kbytes DPRAMFPGAXA4LEs 16400ESB Bytes 26K128 Kbytes SRAM64 Kbytes DPRAMXA10LEs 38400ESB Bytes 40K256 Kbytes SRAM128 Kbytes DPRAM
  • 45. µC VS µP19Anciennement, 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.
  • 46. Usage des µP et des µC20 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).
  • 47. 21Dans 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.
  • 48. 22Usage FPGALes 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.
  • 50. 24Les nouvelles utilisations des FPGALongtemps 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 CoDesignpour le Run Time Reconfigurable
  • 51. les SORC: System-On-a-Reconfigurable-Chip24
  • 52. 25Le CoDesignDéfinition : 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 ASICButs : Gérer au mieux l’hétérogénéité de la nature des fonctions qui composent le système (du logiciel à l’architecture reconfigurable)
  • 53. Comparer les différents choix de partitionnement
  • 54. Définir les interfaces entre le SW et le HW
  • 55. Valider le système complet (co-vérification et co-simulation)25
  • 56. 26Flot de CoDesignSPECIFICATION HAUT NIVEAU DE L’APPLICATIONordonnancement de l’applicationproposition de candidats HW et SWESTIMATION SYSTEMEESTIMATION LOGICIELLEESTIMATION MATERIELLEChoix des réalisation HW ou SWPARTITIONNEMENTSYNTHESE LOGICIELLESYNTHESE MATERIELLESYNTHESE INTERFACECOSIMULATIONRetourd’expérienceIMPLEMENTATIONHW et SWTESTS26
  • 57. 27ConclusionLe 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)
  • 60. Outils d’estimation de performances haut niveau
  • 61. Outils d’exploration de l’espace de conception27
  • 62. 28MERCI ...Architecture, Conception et Utilisation des FPGA28
  • 63. 29