Implantation de processeurs dans les FPGA et ASIC Processeur « softcore » (SoPC : System on Programmable Chip)

Quelques processeurs « softcore » Propriétaires: Picoblaze(8bits) Microblaze (Xilinx) NIOS (Altera) Arm CortexM1 (Arm) implantable sur FPGA Actel, Altera et Xilinx Open Source: Micro8 Micro32 (Lattice) LEON (Gaisler Research) OpenRISC (opencores.org) Autres: Z80, 8051, 6502, 68xx…

Bibliographie Datasheets et notes d’applications des fabricants de FPGA et des concepteurs de systèmes sur silicium www.actel.com www.xilinx.com www.altera.com www.lattice.com. www.arm.com www.opencore.org etc…

Conception du circuit et Conception du programme Langage HDL, schéma ou interface graphique spécifique Choix des périphériques (UART, Timers, ADC..) Bloc IP dans le FPGA (softcore) Circuits externes à connecter au FPGA (matériel) Compatibilité des signaux et des vitesses des bus Câblage du processeur et des périphériques Choix du plan mémoire Interfaçage des bus si les périphériques ne sont pas compatibles avec le processeur.

Conception du programme Développé en général avec des outils traditionnels (assembleur,compilateur, linkeur…) Le plan mémoire doit être pris en compte Importance du fichier de linkage Implantation du programme Dans le FPGA Bloc HDL simulant une ROM et son contenu à connecter Fichier binaire dans un bloc de mémoire FLAH interne Transfert éventuel et exécution en RAM interne À l’extérieur du FPGA mémoire FLASH externe connectée au FPGA Transfert éventuel en RAM pour le débogage ou exécution plus rapide

Le FPGA AFS600 (Actel) Configuration non volatile grâce à la technologie FLASH 600000 portes logiques 13824 bascules 2 blocs de mémoire FLASH de 2Mbits 1 FlashROM de 1kbits 24 blocs de SRAM/FIFO de 4kbits Blocs de gestions d’horloges (PLL…) fmax =350MHz Convertisseur ADC intégré 12bits 600kech/s Nombreuses entrées/sorties configurables Supporte les Cœurs processeurs « ARM Cortex M1 et M7 » Outils de développement gratuits et téléchargeables

Description de l’AFS600

Routage en Technologie flash

Un bloc logique configurable « Versatile »

Blocs « Versatiles » configurés en fonctions combinatoires

Blocs « Versatiles » configurés en bascules

Entrées/Sorties

Entrée configurée en « Double Data Rate »

Oscillateur interne/externe

Circuit multiplicateur/diviseur d’horloge à PLL

Interface de configuration

Convertisseur Analogique Numérique

Mesure directe de tension

Atténuation et mesure de tensions

Mesure d’intensité

Mesure de température

Entrées tout ou rien

Les outils de développement

Les interfaces de saisie • ViewDraw : Schéma électronique On place et on relie des composants Le fichier HDL est créé automatiquement HDL Editor :Editeur de texte VHDL ou Verilog Description structurelle Description comportementale CoreConsole: Pour assembler les cœurs processeurs et les périphériques SmartDesign: Pour interconnecter les coeurs IP, les composants HDL… peut remplacer coreconsole Autre : Saisie graphique de diagramme d ’états

La synthèse logique • Logiciel Synplify, Leonardo Spectrum… Traduit en «blocs logiques élémentaires interconnectés » les fichiers du projet Génère un fichier au format EDIF. Le résultat de la synthèse peut être affiché sous forme : - classique ne tenant pas compte de l ’architecture du FPGA - ou de schémas adapté à l ’architecture du FPGA

La simulation fonctionnelle • Logiciel ModelSim Simule le fonctionnement du circuit avant son implantation Utile pour détecter des erreurs de conception Ne tient pas compte des contraintes et aléa de fonctionnement liées au composant ciblé: fréquences maximales d ’horloge possibilités de routage ressources insuffisantes temps de transfert réel dans les circuits logiques …etc...

Le placement - routage Logiciel : Actel Designer Affecte les pattes d ’entrées/sorties Génère le fichier de configuration à télécharger dans la cible Produit un rapport avec les ressources utilisées et les temps de propagation de broche à broche.

La simulation « post-routage » • Logiciel ModelSim La simulation tient compte de l ’implantation dans le composant. Elle permet de vérifier si le circuit répond au cahier des charges

Configuration de la cible Avec le logiciel « FlashPro » par l ’interface USB/JTAG dans la mémoire flash de configuration du composant

Développement soft pour le cortexM1 SoftConsole repose sur Eclipse et sert d’environnement de développement. Les outils de compilation pour le cortex M1 sont fournis par CodeSourcery FlashPro est utilisé pour charger et le programme dans la cible.

Tests sur la cible • On effectue des tests avec des signaux réels sur la cible pour valider le circuit créé. L ’interface JTAG est utile pour sonder l ’état logique des broches du circuit en fonctionnement

Les TP sur FPGA M1AFS600 Prise en main de outils ACTEL sur des exemples simples en VHDL en mode schéma (TP1) Mise en place et programmation du Cortex M1 à l’aide des exemples fournis avec le didacticiel (TP2) Développer un système CorteABC simple qui n’utilise que les ressources internes du FPGA (TP3) Mettre en œuvre le core8051s (TP4)

Datasheets pour les T.P. Carte de développement M1AFS Shematics.pdf (schémas) M1AFS User guide v1.1.pdf (Tutorial) Datasheet du circuit « Fusion AFS600 » Fusion_HB.pdf Librairies de composants standards Pa3libguide_ug.pdf Gen_refguide_ug.pdf Cœurs microcontrôleurs CoreABC_HB.pdf Core8051s_HB.pdf CortexM1_HB.pdf