Первое знакомство с плис xilinx

SDAccel – первое знакомство

первое знакомство с плис xilinx

ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема) - это самое лучше Лучше всего про плис скажут на ВИКИПЕДИИ. Первое знакомство с ПЛИС. . У меня есть давняя затея сделать на каком-нибудь Xilinx'е процессор. SDAccel – первое знакомство SDAccel это система программирования на OpenCL для ПЛИС фирмы Xilinx. В настоящее время всё более обостряется . Первое знакомство с ПЛИС Xilinx. Автор - KTB Опубликовано Итак, начну свое повествование о программируемой логике фирмы Xilinx.

Поскольку на каждый LUT приходится только один триггер, при реализации распределенной памяти или сдвиговых регистров имеется выигрыш в 16 раз! Однако дополнительные цепи, регулирующие использование LUT в новом качестве, вносят и дополнительную задержку. В связи с этим ПЛИС Xilinx показывали в простых тестах меньшую производительность, чем конкурирующие продукты фирмы Altera, в которых использование LUT в качестве распределенной памяти было невозможно.

Во-вторых, подключение выходов логических ячеек к трассировочной матрице также может быть выполнено различными способами. Наименьшие задержки обеспечиваются при использовании выходных мультиплексоров, однако необходимость мультиплексирования большого количества выходов приводит к их каскадному наращиванию. Альтернативным вариантом является использование буферов с тремя состояниями. Однако буфер с тремя состояниями имеет большую задержку распространения сигнала, которая добавляется даже в том случае, если этот буфер не используется.

В данном случае Xilinx опять выбрал для своих ПЛИС вариант с большей функциональностью и чуть большими задержками распространенияа в ПЛИС Altera схемы, использующие такие буферы, эмулировались с помощью мультиплексоров. Необходимо отметить, что эффективность того или иного решения существенно зависит как от количества соединяемых параллельно выходов, так и от технологии изготовления.

Если для ПЛИС Virtex-E и аналогичных продуктов линейки Spartan выигрыш от использования буферов с тремя состояниями достигался начиная с 16—32 объединяемых сигналов, то с развитием технологии изготовления ПЛИС актуальность такой замены несколько уменьшилась. Кроме того, объединение 16 и более сигналов подразумевает достаточно сложную структуру проекта и наводит на мысль об использовании дорогого кристалла большой логической емкости.

Однако в семействе Virtex-II, к архитектуре которого близко семейство Spartan-3, буферы с тремя состояниями реализованы аппаратно. Вопрос использования или неиспользования буферов с тремя состояниями весьма неоднозначен учитывая, что он имеет свое отношение к конкурентной борьбе между двумя ведущими производителями FPGA.

первое знакомство с плис xilinx

В некоторых случаях явное указание использования внутренних буферов позволяет разгрузить трассировочные ресурсы ПЛИС и улучшить характеристики проекта. Однако в данном случае более важным является то, что в архитектурах ПЛИС находят отражение современные тенденции в микроэлектронике. В частности, буферы с тремя состояниями исчезли из наиболее современных ПЛИС, выполненных по нанометровому техпроцессу, поскольку выигрыш от их использования здесь будет наблюдаться только при очень большом количестве мультиплексируемых линий.

Для Spartan-3 и Virtex-4 показаны верхние секции и часть общей логики. Назначение этих рисунков — продемонстрировать общую схожесть архитектур последних семейств ПЛИС. В основном это касается чуть меньшей сложности внутренних трассировочных ресурсов и меньшего количества дополнительных выходов секции.

Схема секции ПЛИС Virtex 4 Интересным является также анализ организации внутренних мультиплексоров в логических ячейках. Как уже упоминалось, они служат для объединения нескольких входных линий.

В действительности такие устройства необходимы для нормального функционирования логических ячеек, поскольку в проекте может потребоваться использование выходного сигнала логической ячейки как непосредственно после LUT, так и после триггера той же ячейки. Поэтому часть мультиплексоров, входящих в логические ячейки, может быть использована для формирования более сложных узлов комбинаторной логики.

Такие программируемые мультиплексоры обозначаются как Fx, где x — номер в порядке возрастания иерархии в общей структуре программируемых ресурсов. Количество и организация этих мультиплексоров также оказывает существенное влияние как на цену кристалла, так и на его технические характеристики.

В ячейках Virtex-II организация более сложная: Такая организация дает возможность создавать более сложные устройства, как это показано в таблице 2. Аппаратные затраты на создание мультиплексоров в секциях ПЛИС для различных семейств FPGA Блоки ввода-вывода Удельный вес блоков ввода-вывода в общей площади и стоимости кристалла относительно невелик, а потери привлекательности устройства для пользователя от снижения их функциональности могут быть весьма существенны.

Поэтому на протяжении развития архитектуры ПЛИС блоки ввода-вывода в сериях Spartan и Virtex имели практически одинаковые возможности, отличаясь, правда, задержками распространения сигнала. Некоторые различия все же имеются: В остальном возможности этих серий достаточно похожи, включая даже триггеры с возможностью DDR, размещаемые и в более дешевых устройствах Spartan. Такой подход дает возможность не заботиться о смене электрических стандартов вместе со сменой ПЛИС что вполне может произойти в том случае, если разработчик выполнил прототипирование на устройстве Virtex, по результатам чего оказалось, что необходимую производительность может обеспечить и гораздо более дешевая ПЛИС Spartan.

Реализация всего многообразия соединений, характерных для проектов различного типа, представляет собой достаточно сложную задачу. Обычное увеличение количества трассировочных линий и точек их подключения к логическим ячейкам не вполне решает задачу качественной трассировки. Кроме увеличения площади кристалла и его удорожания в этом случае будет наблюдаться ухудшение временных характеристик чрезмерно длинных линий, пытающихся обеспечить большое количество связей.

Курс по FPGA # Лекция 1

Но какая-то часть сигналов, от которых в большой степени зависят временные характеристики всего проекта в целом, требует быстрого распространения по кристаллу. Поэтому современные ПЛИС содержат иерархически организованные уровни трассировочных ресурсов, обеспечивающих баланс между количеством соединений и их временными характеристиками.

SDAccel – первое знакомство / Habr

Основная и наиболее явная часть трассировочных ресурсов называется главной трассировочной матрицей Global Routing Matrix, GRM и к ней вполне применимы рассуждения о трассировочных линиях, приведенные выше. Наиболее ярким примером такого ресурса являются глобальные линии распространения тактового сигнала.

Синхронный стиль проектирования в современных условиях наиболее предпочтителен исследование этого вопроса является темой отдельной большой публикациипоэтому эффективность распределения по кристаллу тактового сигнала является, в некотором роде, определяющей для успешной реализации проекта, работающего на большой частоте. Эту задачу несколько облегчает тот факт, что тактовый сигнал подается на вполне определенный тактовый вход триггеров логических ячеек и тактовые входы выделенных устройств с синхронным интерфейсом например, блочной памяти.

Поэтому тактовые линии не перегружены коммутационными устройствами и могут быть более или менее равномерно распределены по кристаллу, обеспечивая минимальные относительные задержки распространения. Подробное описание этих устройств вряд ли целесообразно приводить в данной статье, поскольку с точки зрения сравнения возможностей серий Spartan и Virtex более интересной будет информация о количестве таких блоков.

Ранние семейства, использовавшие DLL, обычно содержали по 4 таких устройства, подключаемых к так называемым глобальным тактовым входам. На этот момент всегда необходимо обращать внимание при разработке устройств на ПЛИС. Функциональные возможности для всех этих семейств в принципе одинаковы, хотя в более скоростных устройствах Virtex реализованы и более скоростные блоки. Четыре устройства управления тактовым сигналом каждое со своим входом позволяют организовать на одном кристалле четыре независимые области, каждая из которых использует собственный тактовый сигнал.

Например, FPGA нашли широкое применение в области обработки сигналов, скажем, в осциллографах, логических анализаторахгенераторах сигналов, Software Defined Radio и даже некоторых мониторах. Еще из применений, о которых я слышал, могу назвать компьютерное зрение, распознавание речи и биоинформатику.

Но, насколько мне известно, это направление все еще остается сильно экспериментальным. Как говорится, лучший Linux тот, который использует ваш знакомый гуру по Linux.

Сравнительный анализ архитектуры основных семейств ПЛИС FPGA фирмы Xilinx

Также его продают на eBay. Это довольно мощная плата, которая, тем не менее, стоит вполне адекватных денег. Первое время можно ограничиться симулятором, работа с которым будет рассмотрена далее. Из интересных особенностей платы можно назвать расположение гнезд совместимым с Arduino-шилдами способом. Также в комплекте с платой идет вкладыш, по которому можно получить лицензию на Vivado, открывающую все его возможности. Лицензия действует один год с момента активации, а также привязана к одному компьютеру по типу ОС и MAC-адресу.

Да, на ассемблере можно сделать более компактный и быстрый код.

первое знакомство с плис xilinx

Модель вычислителя Система состоит из HOST компьютера и вычислителя, которые связаны между собой по шине. В большинстве случаев это шина PCI Express. В этом случае используется шина AXI. На этом уровне есть принципиальная разница между графическими процессорами и ПЛИС.

Стандарт определяет несколько классов памяти: Обычно это оперативная память компьютера. Обычно это динамическая память подключённая к ПЛИС или к графическому процессору. HOST использует результаты вычисления.

Небольшое вступление про фазовые переходы

В более сложных алгоритмах можно параллельно с вычислениями передавать данные для следующего цикла. Kernel — это базовое понятие OpenCL. Это основной способ обеспечения параллельности операций для графических процессоров.

SDAccel предлагает три способа реализации kernel: Функция сложения для GPU будет выглядеть так: Предполагается, что для каждого элемента вектора будет запущен свой экземпляр kernel. Каждый экземпляр получит свой номер idx и выполнит сложение. Количество одновременно запущенных экземпляров будет определяться возможностями данного GPU. Если вектор будет слишком большим, то будет несколько запусков. Для ПЛИС так тоже можно сделать, но это не очень эффективно. Значение атрибута 1,1,1 означает что будет использоваться только один kernel.

И это знание будет использоваться для оптимизации вычислительной структуры. Сам цикл с помощью дополнительных атрибутов может быть развёрнут в параллельную вычислительную структуру.

Наилучший результат будет достигнут если length будет константой. SDAccel Начиная с версии SDSoc работает в Windows и Linux.