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FPGA-Programmierung

OpenCL – neuer Ansatz für die Programmierung von SoC-FPGAs

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Zusätzliche Funktionen für mehr FPGA-Flexibilität

Um zusätzliche Funktionalität in einem FPGA-Baustein zu nutzen, bietet sich die Integration des Cores in ein Referenz-Design, wie beispielsweise das SoC-FPGA Modul MCV an.

Mit diesem Modul steht eine Plattform Verfügung, die für viele embedded Projekte die größtmögliche Flexibilität und Funktionalität bereitstellt. Durch die Synthese des FPGAs in Verbindung mit zwei Cortex-A9 Kernen auf dem Altera Cyclone V SoC-FPGA kann der Entwickler viele unterschiedliche Schnittstellen ansteuern, die auf einem kompakten Formfaktor kombiniert werden.

Auch bei kleinen Stückzahlen können so komplexe Systemfunktionalitäten realisiert werden. Um den Entwicklungsaufwand im Rahmen zu halten, kommt das MCV-SoM mit einem Funktionsumfang, der neben dem HPS (Hard Processor System) eine Grundausstattung gebräuchlicher Schnittstellen zur Verfügung stellt, die optimal vorintegriert und aufeinander abgestimmt sind.

Kurzer Design-Flow für schnelle Marktreife

Ein stark verkürzter Design-Flow für eine schnelle Marktreife spezifischer Applikationen kann wie folgt aussehen: Für die Ergänzung um den zusätzlichen IP-Core bietet sich zur Bearbeitung die Quartus Design Suite an.

Um die neue Funktionalität im FPGA zu nutzen, wird ein Standard-Bus, wie beispielsweise der Wishbone Bus verwendet und anschließend dem normalen Design-Flow (map, place and route, generate programming files) gefolgt.

Um die neue Schnittstelle auch durch das Betriebssystem ansprechen zu können, wird noch ein entsprechender Treiber benötigt.

Verglichen mit der herkömmlichen Realisierung zusätzlicher Schnittstellen wird die Entwicklung des Stromlaufplans, die Platzierung und anschließende Entflechtung einer Leiterplatte durch die Erweiterung eines bestehenden FPGA-Projekts ersetzt.

Die Entwicklung des Basisboards kann sich auf die Bereitstellung der physikalischen Schnittstellentreiber (z.B. PHY, Magnetics) beschränken.

Für die Software-Seite ist die Integration eines neuen Schnittstellen-Treibers in beiden Ansätzen zu berücksichtigen. Der Vorteil einer solchen Vorgehensweise liegt neben den vergleichsweise niedrigen Kosten in der wesentlich verkürzten Time-to-Market.

Um Berührungsängste der Linux-basierten Entwicklung für den FPGA-Teil abzubauen wird der SoC-FPGA MCV von DENX Computer Systems durch das Embedded Linux Development Kit (ELDK) in der jeweils aktuellsten Version effektiv unterstützt.

Der Anwender kann damit auf ein erprobtes System für die Komponentenintegration zurückgreifen, das den Community-Support der Linux-Foundation besitzt. Das ELDK setzt auf dem Yocto-Project auf und somit sind die von der OpenEmbedded-Community erarbeiteten Werkzeuge und Prozeduren verfügbar.

* Andreas Widder, Denx Computer Systems

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