POLITECNICO DI MILANO

Struttura Dati per Sistemi Embedded su

FPGADDynamic ynamic RReconfigurability econfigurability

inin EEmbeddedmbedded SSystemsystems DDesignesign

Paolo Roberto Grassi: paolo.grassi @dresd.org

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OutlineOutline

IntroduzioneContesto del LavoroMotivazione del ProgettoProblematiche

Sistemi Embedded su FPGADescrizione delle FPGAFPGA e BoardFPGA e Core

Descrizione del LavoroStruttura DatiImplementazioneRelazioni tra gli oggetti del DB

Conclusioni e Sviluppi Futuri

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Contesto del LavoroContesto del Lavoro

L’idea di costruire una struttura dati nasce all’interno del progetto “DFDK” (DRESD Free Delevopment Kit) presso il gruppo DRESD

DFDK è un progetto che conta di creare un tool per lo sviluppo di sistemi embedded su FPGA attraverso:

Elevata automatizzazione del flusso di progettoVerifica progressiva del layoutCompletamento automatico del layout del sistema

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Motivazione del LavoroMotivazione del Lavoro

La motivazione principale era quella di creare una struttura dati per DFDK

Ben presto ci si è accorti che non era solo DFDK a necessitare di una struttura dati

Tanti altri tools e algoritmi avevano bisogno di appoggiarsi su una struttura dati omogenea e unica al fine di potersi combinare più facilmente

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ProblematicheProblematiche

Problematiche affini al mondo delle basi di dati:Descrizione degli oggetti presenti nel sistemaDescrizione delle relazioni tra questi oggettiEliminazione delle ridondanze di datiGarantire l’integrità dei dati

In figura è possibile vedere come varie metodologie o algoritmi possono utilizzare la stessa struttura dati pur implementando delle sotto-strutture ad hoc per il problema da affrontare

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Descrizione delle FPGADescrizione delle FPGA

Non volendosi addentrare nei dettagli, verrà specificata solo la terminologia utilizzata

FPGA: termine autoesplicativo per indicare le FPGAGRID: questo termine, se legato alla descrizione delle FPGA, indica la suddivisione dell'FPGA in macroblocchi quali: processori, memorie, CLB,...RPM GRID: termine che indica una suddivisione a grana più ne di quella effettuata per le grid. Si usa per descrivere il collocamento dei blocchi funzionali contenuti nelle grid, quali le slice.PINOUT: termine che descrive le parti di I/O della FPGA verso il mondo esterno. Se a questo termine si affianca GLOBAL, ci si riferisce a tutta la piedinatura utilizzata per le alimentazioni o comunque riservate al dispositivo e quindi non utilizzabile dalla logica programmabile.

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FPGA e BoardFPGA e Board

BOARD: termine autoesplicativo per identificare una specifica board

PERIPHERAL: termine che identica le periferiche presenti sulla board, le loro caratteristiche e come sono connesse alla stessa

GENERIC: termine che, se associato alle periferiche, indica i parametri cui sono settate le periferiche. Indicano, ad esempio, il baudrate, la larghezza degli ingressi, il tipo di configurazione usata,... Sono utili per conoscere come dovranno essere configurati i cores al ne di garantire il corretto funzionamento e utilizzo della periferica.

PORT: termine che indica le interfacce di comunicazione della periferica. Oltre ad indicare quali sono, indica anche, rispetto alla board desiderata, come e dove sono collegate all'FPGA presente su di essa.

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FPGA e CoreFPGA e Core

CORE: unità funzionale descritta in un linguaggio di programmazione hardware

PORT: se associata ai core, intende un ingresso o una uscita del core

GENERIC: parametri che possono essere usati all'interno dei core per una maggiore e più facile customizzazione di parti di esso.

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Struttura DatiStruttura Dati

BOARD_FPGA (id_board, fpga_device, fpga_package)

BOARDS (id, vendor, name, revision, short_description, long_description)

CORE (name, major_version, minor_version, description, category, role, interrupt, bandwith)

CORE_CATEGORY (name)

CORE_GENERICS (core_name, core_major_version, core_minor_version, name, type, default_value)

CORE_MASTER_SLAVE (master_name, master_major_version, master_minor_version, slave_name, slave_major_version, slave_minor_version)

CORE_PORTS (core_name, core_major_version, core_minor_version, name, direction, type, begin, end, default_value)

CORE_VHDL (core_name, core_major_version, core_minor_version, filename)

FPGA (device, package, vendor, family)

FPGA_GLOBAL_PINOUTS (device, package, pin_name, pin_type)

FPGA_GRID (device, package, rpm_x, rpm_y, oset_x, oset_y, type)

FPGA_PINOUTS (device, package, rpm_x, rpm_y, bank, pin_name, pin_type)

FPGA_RPM_GRID (device, package, rpm_x, rpm_y, type)

PERIPHERAL_GENERICS (id_board, peripheral_name, generic_name, value)

PERIPHERAL_PORTS (id_board, peripheral_name, name, ucf_loc_string, ucf_iostandard_string, ucf_period_string, initial_val)

PERIPHERALS (id_board, name, description)

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ImplementazioneImplementazione

L’implementazione ha accoppiato un database relazionale con un linguaggio di programmazione ad oggettiNello specifico sono stati utilizzati SQL e C++Per poter sfruttare al meglio questi linguaggi, si è scelto di creare la struttura dati in SQL, gestendo facilmente tutti vincoli di integrità dei dati, e una serie di classi C++ che interrogano il DB e ne estraggono le informazioniQueste classi istanziano degli oggetti che contengono le informazioni richieste dal database

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ImplementazioneImplementazione

L’oggetto A copre la tabella A, l’oggetto B copre la tabella B e qualsiasi interazione tra le due tabelle deve passare per forza tra gli oggetti

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Relazioni tra gli Oggetti del DBRelazioni tra gli Oggetti del DB

Gli oggetti c++ hanno la stessa struttura del database e servono solo a disaccoppiare l’interfaccia utente dal reale salvataggio dei dati

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Conclusioni e Sviluppi FuturiConclusioni e Sviluppi Futuri

Il lavoro ha portato alla realizzazione di una struttura dati per progettazione di sistemi embedded su FGPA.Non si è solo fermato alla implementazione reale della struttura dati nel linguaggio scelto, ma ha dato il via ad un flusso di lavoro legato alla descrizione delle entità distinte che, se composte, formeranno il sistema embedded.Vista l'efficacia del lavoro, si sta pensando di utilizzare tale struttura per altri progetti oltre DFDK. Questa estensione avrà sicuramente bisogno di essere analizzata con cura, affrontandone razionalmente tutti gli aspetti di crescita.