Áramkörön belüli rendszerek

Átírás

1 Áramkörön belüli rendszerek SoC System on a Chip

2 Egy mintapélda

3 PACT XPP blokk

4 PiCoGa

5 M200 Embedded FPGA

6 Az NoC részlet

7 Az STNoC elınye

8 Áramkörön belüli rendszerek SoC / SoPC System on a (Programmable) Chip

9 Alapfogalmak

10 Fizikai struktúra 1.

11 Fizikai struktúra 2.

12 Fizikai struktúra 3.

13 Központi dekódolás

14 Elosztott dekódolás

15 Adatátviteli módok - Egyszerő

16 Adatátviteli módok - Pipeline

17 Adatátviteli módok - Burst

18 Adatátviteli módok Pipelined Burst

19 Busz topológiák - Egyszerő

20 Busz topológiák - Hierarchikus

21 Busz topológiák - Megosztott

22 Busz topológiák Teljes pont-pont

23 Busz topológiák Részleges

24 Busztopológiák

25 Áramkörök belüli szabványos buszrendszerek ARM AMBA IBM CoreConnect STM STBus Sonic SMART interconnects OpenCores Wishbone Altera Avalon

26 ARM AMBA busz rendszer

27 AHB topológia

28 AHB busz adatátvitel

29 AHB busz adatátvitel várakozással

30 AHB busz adatátvitel- pipeline

31 AHB ciklusok

32 AHB átviteli típusok HTRANS[1:0] IDLE BUSY NONSEQ SEQ HBURST[2:0] SINGLE INCR WRAP4 INCR4 WRAP8 INCR8 WRAP16 INCR16 1Kbyte address limit

33 AHB WRAP8 burst

34 AHB INCR8 burst

35 AHB nem-fix burst

36 AHB burst szabályok A burst mindig egy 1K bájt tartományon belül marad! (MASTER felelıssége!) Adatmennyiség = Adtaméret * Ütemek száma INCR használható SINGLE helyett Minden átvitel méret szerinti címhatárra illesztett Korai BURST lezárás (NONSEQ vagy IDLE

37 AHB arbitráció

38 AHB arbitrációs folyamat

39 AHB burst példa

40 AHB split adatátvitel

41 Komplex AHB rendszerek

42 Komplex AHB rendszer 2.

43 APB busz

44 APB olvasás buszciklus

45 APB írás buszciklus

46 AMBA 3 - AXI

47 AMBA 3 - AXI

48 AXI AHB

49 AXI tulajdonságok

50 AXI tulajdonságok

51 AXI tulajdonságok

52 IBM CoreConnect Általános célú SoC buszrendszer Három szintő PLB Processor Local Bus OPB On-Chip Peripheral Bus DCR Device Control Register (bus) Szolgáltatásai, komplexitása az AMBAhoz hasonló

53 IBM CoreConnect

54 IBM CoreConnect Xilinx EDK Xilinx EDK rendszerhez ajánlott buszrendszer Választás oka: Önmagában sem rossz, de.. Virtex-IIPro sorozat: Beépített Power PC 405 PLB interfésszel kiegészítve Sok létezı IP elérhetı (nem feltétlenül FPGA-ra, de könnyen portolhatók) Bemutatás a Xilinx EDK fóliákról

55 További SoC buszok OpenCores WishBone Egyszintő, nagysebességő szinkron kapcsolat Közepes, vagy kis teljesítményő rendszerekhez Nincs átlapolt mőködés, nincs megszakított átvitel Multi master, 64 bit címzés, 8-64 bit adat Egyedi vagy blokkos átvitelek RMW ciklus a szemafor típusú mőveletekhez Ninc fix topológia, illetve többféle rendszer kialakítható

56 OpenCores Wishbone Pont-pont és adatfolyam

57 OpenCores Wishbone normál busz

58 OpenCores Wishbone hálózat

59 OpenCores Wishbone problémák Egyszerő, könnyen használható Flexibilis, az igényekhez igazítható Speciális tulajdonságok kezelése: TAGi jelek Nincs elıírás az arbitrációra, a hibajelzésre,

60 OpenCores Wishbone alapkapcsolat

61 Wishbone buszciklusok

62 Wishbone blokkos olvasás

63 Wishbone blokkos írás

64 Socket alapú kommunikáció Busz alapú kommunikáció Busz definíció, busz interfész Busz-komponens interfész Jelentıs befolyás a interfész kialakításában Nem teljesen hordozható Buszonként egyedi kialakítást igényel Egyedi tervezés, ellenırzés, verifikáció

65 A probléma Rendszer építés különbözı gyártóktól származó IP blokkok felhasználásával A kulcsszó az adapter réteg

66 Socket alapú SoC rendszer

67 Socket alapú kommunikáció OCP Open Core Protocol interfész Szinkron pont-pont kapcsolat Busz független Konfigurálható adatfolyam jelek (cím, adat, vezérlés) Konfigurálható kiegészítı jelek Pipeline és burst átviteli lehetıség Többszörös szálak kialkíthatósága

68 OCP blokkvázlat

69 OCP jelek

70 OCP jelek Adatfolyam csoport Alapvetı átviteli jelek Óra, cím, adat (Read, Write), típus, szinkronizáció Típus: Read, Write, Idle, Broadcast, Exclusive read, Linked read, Non-posted write, Conditional write Szinkronizáció Egyszerő kiegészítések adatbájt, paritás, FIFO jelzések, cache kezelés, Burst kiegészítések fix/tetszıleges, címkezelés(wrapping/incrementing/streaming) Packing/nonpacking, eltérı szélességő interfészekre Tag/ID kiegészítések Eltérı sorrendő végrehajtásokkezelésére Szál kiegészítések Master és slave egységek számára a szálak azonosítására

71 OCP protokoll hierarchia

72 OCP hierarchia Jelek csoportja aktivitás alapján Pl. adatátviteli jelek: kérés, válasz, szinkronizáció Fázisok, hasonlóan: kérés, válasz, szinkronizáció Átvitel: több fázisból áll, de mindig Kérés szinkronizáció {válasz} Tranzakció: néhány, összetartozó átvitel együttese (adott címek, adatok és sorrend)

73 OCP átvitelek Egy teljes OCP átvitel

74 OCP átvitel típusok Normál Hiányos Átlapolt Pipe-line

75 OCP profilok Az OCP egyik erıssége a kialakított szabványos kapcsolatok lehetıségében van Elınyök: Csökken az inkompatibilitás veszélye Egyszerősített illesztı rétegek a más típusú rendszerekhez Könnyebb tesztkörnyezet fejlesztés Kétfajta alkalmazási cél Új IP magok használjanak szabványos natív profilokat egymás között Külsı eszközök közötti hídkapcsolatokhoz pedig egyedi profilok fejlszthetık

76 OCP profilok

77 OCP profilok Natív OCP profilok Blokkos adatfolyam profil Szekvenciális tetszıleges adatfolyam profil Regiszter hozzáférés profil Híd profilok Szimpla H-busz profil X-busz packet írás profil X-busz packet olvasás profil Biztonsági profil

78 Natív OCP profil Blokkos adatfolyam profil

79 Natív OCP profil Blokk alapú (méret = 1..N) átvitel 1 kérés, több adat, cím inkrementálás vagy stream modell szerint Szétválasztott (pipe-line) parancs és adatfolyam 32 bit cím, normál adat és blokkméret Termelı /fogyasztó szinkronizálás Egyszálú megoldás

80 Natív OCP profil Regiszter hozzáférés profil

81 Natív OCP profil Egyedi adatátvitelek, burst nélkül, egyszerő címzéssel Címszélesség igény szerint, adatszélesség ajánlott: 32 bit (a regiszter szélesség szerint) Írás ciklus is nyugtázva Segéd jelek, mint RESET, IRQ,ERROR, DMA_RDY, stb.

82 Híd profilok A cél az elterjedt, szabványos buszokhoz szükséges kapcsolat realizálása Master vagy slave funkció is lehetséges Két típus: H-bus (talán az AMBA AHB-re utal..) Normál egyedi és blokkos átvitelek X-bus (talán az AMBA AXI-re utal ) X-bus Packet Write X-bus Packet Read

83 H-bus híd profil Egyszerő busz híd kapcsolat

84 H-bus híd profil jellemzıi Egyszerő címzéssel leképezett kommunikáció Normál cím és adatméretek, bájt engedélyezéssel Fix burst méretek Speciális tulajdonságok (pl. cache) az MReqInfo mezıben adhatók meg

85 X-bus profilok (WRITE, READ külön) Kifejezettem olyan mastereknek, amelyek egy-egy kérésre több fázisban szeretnének adatot írni vagy olvasni (de csak egy irányban) Csomag alapú kapcsolatok felépítésére szolgál Az adat szervezés, érvényesség ellenırzés a master feladata

86 X-bus WRITE

87 X-bus READ

88 VSIA Virtual Component Interface Hasonló célú, mint az OCP Pont-pont, szinkron, socket alapú protokol Három verzió: PVCI: Periféria VCI BVCI: Basic VCI AVCI: Advanced VCI

89 A VCI használata OCB esetén

90 VCI split protokol PVCI: Egyszerő, kérés-válasz protokol BVCI és AVCI: Megosztott protokol, a kérések és válaszok szétválaszthatók Újabb kérések adhatók ki, a válaszok beérkezése elıtt A válaszok sorrendje követi a kérésekét AVCI: Lehetséges Out-of-Order válaszolás is

91 PVCI protokol Egyszerő kapcsolat, szokásos jellemzık Szinkron/aszinkron verzió Mindkettı kézfogásos

92 BVCI protokol Általános interfész, a legtöbb igény kielégítésére Adat cellás átvitelek (1, 2, 4, 8, 16 bájt) A cellákat egy csomagba lehet foglalni Ez akár egy burst is lehet A csomagátvitel atomi jellegő, nem megszakítható Használjunk kis csomagokat, mert blokkol! Ezért lehet jó a csomagok láncolata, ami periódikusan felszabadítja az interfészt

93 BVCI tranzakciók

94 BVCI tranzakciók

95 AVCI protokol Mint a BVCI, de a fejletteb csomag modell Lehet eltérı számú cella a kérés és válasz között Támogatás nem sorrendi végrehajtáshoz

96 AVCI tranzakciók

97 Tervezési tippek

98 Összegzés Az áramkörön belüli és áramkörön kívüli buszok jellemzıi, követelményei eltérıek A komplex rendszerek összetett, nem feltétlenül egyetlen (akár hierarchikus) megosztott buszt kívánnak Nı a pont-pont kapcsolatok jelentısége Léteznek busz szabványok, illetve a buszok feletti, socket alapú interfész megoldások is