PCB Teknik - Neden içeri alınan geliştirmenler FPGAs kullanılması gerekiyor?

Bir alanda, eğer sadece sabit değişiklik olursa, elektronik teknoloji ve tasarım metodlarının geliştirmesini ve değişikliklerini nasıl değişiklikler tasarım mühendislerinin yeni ürünlerin nasıl yaratmasını sağlayabileceğini görmek için yenilemeye gerek yok. Mikroprocessörlerin büyük ölçekli uygulamasından sonra yeni değersiz ve yüksek kaliteli teknolojiler yeni yazılım tabanlı elektronik ürünlerin tasarımına kapıyı açtı. Bu iyi bir örnek. Kısa sürede, dizayn elementini buraya aktardıktan sonra "istihbarat" kontrolü yumuşak alana, tasarım mühendislerinin daha iyi, akıllı ve ucuz ürünleri daha kısa bir sürede yaratabilir.

Bu değişiklik, içerikli yazılım geliştiricileri bugünkü fonksiyonların ve elektronik ürünlerin özelliklerinin en önemli s ürücüsüdür ve sonunda donanım üretecektir. Bu metodun başarılı faktörü yazılım karmaşıklığının azaltılmasına ve tasarımın kontrol elementlerinin programlı alana dönüştürüğü açık fleksibiliğine sahip.

Bugün yüksek kapasitet, düşük maliyetli programlama cihazlarının gelişimi elektronik ürün tasarımına aynı umudu getirdi çünkü sistem donanımını yumuşak alanda tanımlamak mümkün olduğu için. Büyük kapasitet FPGA gibi büyük ölçekli aygıtlar bu talebini yerine getirmek için ideal. Bu periyodlar genelde sistem periferik mantıklı fonksiyonun bloklarının büyük parçalarını oluşturmak için kullanılabilir, otobüs arayüzleri, I/O blokları ve hatta hafıza bile dahil. FPGA alanına büyük bir miktar mantıklığın tanıtılması donanım geliştirmesine derin bir etkisi var ve yeni 'yumuşak' tasarımın kapısını a çar. Bu, tasarımın önünde olmayan bir fleksiyeti sağlar ve tahta boyutunu ve karmaşıklığını azaltmak için sınırlı olmayan potansiyeli var.

Elektronik ürünlerin geliştirme sürecini devrimleştirme potansiyeli olmasına rağmen, çoğu içerikli yazılım geliştiricileri tasarım sürecinin başlangıcında diskretli donanım işlemcisi olarak hâlâ çalışıyor, fiziksel bir platformu oluşturur ve sonra yazılan yazılım Platformu kullan. İnsanların "yumuşak" ve içerikli sistem geliştirme alanlarında keşfetme eksikliği, genellikle C programcıların programlı donanım seviyesinde yeteneklerini kullanmak için aletler eksikliği yüzünden. Şimdiki FPGA tasarımı akışlarının çoğu genellikle çip tasarımı alanından gelir ve çok profesyonel yetenekler gerekir.

Bir sonraki seviye yumuşak tasarımı al.

FPGA yapıştırma lojik uygulamalarının ötesinden geçmesi için programlayabilen aygıtların tam kullanımını ve yumuşak alana ulaşabileceği kadar fazla donanım alması gerekiyor. Bu, işlemci işlemlerinin kendilerini tanıtılmasını dahil ediyor. Bugün, FPGA'daki yumuşak işlemciler artık içerikli platformlara dönüştürülüyor. Yüksek olarak konuşurken, FPGA ile yumuşak bir işlemçiye değiştirmek yapısal fleksibilik, küçük tahta boyutlarının avantajlarını getirecek ve daha basit. Ama daha derin uygulamalar daha çekici avantajlar getirecektir.

FPGA'nin programlama özelliğini işlemcisinin üstündeki abstrasyon katmanı almak için kullanıldığında, içeri alınan geliştiriciler için sonsuz olasılıklar açılır, sadece yazılımdaki abstrakt seviye tasarımını fark etmek değil de donanımda. Prozesörün yapılandırılabilir donanımlar üzerinden hafıza ve periferalarına bağlı olduğu bir sistemi hayal edin (temel olarak bir donanım paketi) bu işlemcisinin arayüzünü çözer. FPGA'nin yeniden programlaması donanım paketini değiştirir ve sistem tasarımcısı işlemci çekirdeğini kolayca değiştirebilir, ya da diğer sistem donanımı değiştirmeden zor ve yumuşak işlemciler arasında bile değiştirebilir. Sistem görüntüsünden, tüm işlemciler benziyor ki, donanım tasarım sürecini basitleştirir. Elbette, bunu uygulama yazılımları alanına uzatmak için C seviye işlemciler arasındaki uyumluluğu sağlayan bir kompiler de gerekiyor.

Bu sistemin avantajı, işlemcisinin "önceden" seçmesi gerekmiyor. Sistem belirli bir işlemci kullanarak geliştirilebilir, fakat geliştirme sahnesi daha yüksek performans gerektiğini ve daha hızlı aygıtlar kullanıldığını buldu. Toplama katı yüzünden işlemci yumuşak, zor veya hatta FPGA içerisindeki donanım işlemcisi çekirdeği bile olabilir, çevreli donanımı etkilemeden, çünkü dönüştürme katı sadece periferaları bağlamak için standart bir arayüz oluşturur. Aslında periferal aygıtların bağlantısı aynı şekilde çekilir. Bu taslaşmada, FPGA içeri girmiş sistemin tüm komponentleri için evrensel bağlantılık sağlıyor ve sistem bağlantı yapısı etkili olarak oluyor. Diğer sözleriyle, standart arayüzünün "arka kemiği" oluşturuyor ve her iki donanım ve yazılım işlemci ve periferilerle kolayca iletişim kurabilir.

Sonunda, işlemci üzerinde a çık bir paket girişimin gerçek işlemci bağımsızlığı sağlayan FPGA tabanlı geliştirme ortamı yaratacak. Yazılım ve donanım geliştirmesinin hızlığı arttır, işlemci seçimi tasarım sürecinin sonraki sahnelerinde gerçekleştirilebilir ve etkili yazılım/donanım kopyası mümkün olur.

Yazılım ve donanım arasında dönüştür

Yapılandırılabilir donanımda işlemci ve periferal paketleme katmanın bir fikrinin uzantısı, uygulama özel sistem donanımı oluşturmak ve donanımda kendi donanım koprocessörü olarak yazılım algoritmalarını gerçekleştirmek.

C kodundan donanım oluşturma fikri yeni değil. Birkaç sistem uygulandı. Şimdiye kadar fikir, C benzeri dille tamamen sistem donanımı yaratmak. Aslında bu, FPGA tasarlamak için HDL (VHDL veya Verilog gibi) kullanmaktan farklı değildir. Yazılım geliştiricilerinin yeni tasarlama metodlarını öğrenmesi ve uygulaması gerektiği için yazılım yöntemleri gerekiyor. İçeriden geliştirmenler için gerçekten çalışan şey süreç açık olmak. Tasarım aracı standart ANSI C kodunun girişini işlemek ve programcı tarafından seçilen fonksiyonları donanım haline çevirilebilir. Sadece bu değil, sistem üretilmiş donanımı kullanmak için gereken tüm kodları oluşturabilir. Bu şekilde, içeri alınan programcılar işlemci tarafından özel bir algoritme yüklüyor ve temel donanımların hiçbir tasarım detaylarını bilmeden özel bir donanıma veriyor.

FPGA'nin tam potansiyelini kullan

Açıkças ı, programlı aygıtlar (FPGAs gibi) tarafından gösterilen fırsatlarını tamamen kullanarak geliştirme sürecinin abstrasyon seviyesini geliştiren bir sistem gerekiyor, böylece tasarımın temel elementlerini benzer tasarım teknikleri ve süreçler üzerinden kolayca değiştirilebilir. Böyle bir sistem tüm elektronik ürünlerin geliştirme sürecini birleştirebilir ve donanım, yazılım ve programlayabilen donanımın geliştirmesini tek, sürekli bir ortamda entegre etmelidir.

Şekil 1. FPGA'nin potansiyellerinin tamamen avantajını kullanmak, tasarımın (donanım ve yazılım dahil) tüm elementlerini yeniden programlanabilen alana getirmek anlamına gelir.

Altium Tasarımcısı, bu hedefi başarmak için basit, yüksek seviye işlemcisi, yazılım, FPGA ve PCB ihtiyaçlarını toplamak için ve tek bir uygulama içinde tüm gerekli süreçleri integre eden ürün geliştirme ortamı ile tanıştırır (Figur 1). Yazılım ve yazılım geliştirmesi platforma seviyesinde birleştirildir, hızlı yazılım/donanım kopyası mümkün oluşturuyor. FPGA tabanlı işlemciler ve işlemci sıkıştırılmış kablolar ile tasarımcılar Altium Tasarımcısı ya da desteklenmiş üçüncü işlemci hedeflenebilir, tasarımın tüm özelliklerini sağlayarak, FPGA periferilerle kolay bağlantısı dahil. Altium Tasarımcıs ının Viper-tabanlı derleyici sistemin desteklenen tüm işlemci mimarları arasında C-seviye kodu uyumluluğunu garanti ediyor.

Hızlı ürün geliştirme potansiyelinin yanında, Altium Tasarımcısının integral doğası da içerikli geliştirmenler için yeni tasarım ve fonksiyonel olasılıklar getiriyor. Altium ayrıca Altium Tasarımcısı tarafından yakında desteklenecek yeni integral bir donanım/yazılım kompilerleyici teknolojisi geliştirdi. Bu teknoloji, standart C kodundan çok iyileştirilebilir kodu ve aynı zamanda eşleştirilebilir donanım FPGA uygulamasını oluşturur ve ikisini çalışma zamanında birleştirmek için gereken kodu oluşturur. Pratik olarak, geliştiricilerin işlemci tarafından donanımlara yüklenen C kodu fonksiyonlarını belirtebileceğini ve Altium tasarımcısının integral yazılım/donanım ortamı süreç hızlı ve transparent yapabilir (Figur 2).

2. Şekil. Gelişmiş yazılım araçlarıyla, içeri geliştirilmiş geliştiriciler donanım mühendislerini oluşturduğunda temel sistem donanımını etkileyebilir, değiştirebilir ve arızasızlayabilir.

Böyle sistemler, sistem kontrol kutularını seçme seçeneğine sahip oluşan gelişmeler ve donanıma bağlı yazılım fonksiyonlarını aktarmak için potansiyeli ve maliyeti geliştirmeleri için içerikli geliştiricileri sağlar. Bu, geliştiricilerin donanım ve yazılım arasında fonksiyonları etkili olarak aktarmasına ve uygulama çözümlerini iyileştirmeye devam etmesine izin verir. İlginç bir fenomen, altium tasarımcısının ve diğer yüksek seviye özelliklerinin bu özelliğini kullanan yazılım geliştiricilerinin (içerikli paket korusu ve kütüphane tabanlı önüne eşitlenmiş yazılım komponentlerinin) FPGA mekanizması içindeki donanımı etkili olarak kullanabilir. Kısa sürede, bu sistemi kullanan yazılım mühendisleri hedef aygıtı ya da RTL programlamasının altındaki yapısını dahil etmeden FPGA donanımı kolayca kullanmak için kullanabilir.

Şekil 3, donanım, programlı donanım ve yazılım dahil tasarım akışının integrasyonu FPGA aygıtlarını kullanıp tamamlanmış sistemler yaratmasını sağlar ve bu sadece ortak teknolojiler gerekiyor.

Altium Tasarımcıs ının integral geliştirme ortamının ve düşük maliyetli büyük ölçekli FPGA'nin birleşmesi programlı aygıtların potansiyelini tamamen kullanmasına izin verir. Doğru geliştirme ortamını kullandıktan sonra, şu anki FPGA tarafından getirilen büyük yenilenebilir tasarım alanı yeni bir tasarım metodu mümkün yapar ve tasarımcılar birkaç on yıl önce elektronik ürünlerin geliştirmesine devrim yenilikleri getirebilirler. İşlemcilerin tanışması elektronik endüstrisini devrimiştirdi.