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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
Julio Cadena Gabriel Mollocana
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEMS-ON-CHIP, EMPLEANDO
TECNOLOGIA XILINX EDK
ESTADO DEL ARTE
XILINX SPARTAN-6 FPGA EMBEDDED KIT
DISEÑO DE LA
APLICACIÓN
RESULTADOS OBTENIDOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEMS-ON-CHIP, EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK
ESTADO DEL ARTE
XILINX SPARTAN-6 FPGA EMBEDDED KIT
DISEÑO DE LA APLICACIÓN
RESULTADOS OBTENIDOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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Estado del Arte
SoC(System on Chip)
IP Cores
Arquitectura SoCs
Proceso de Diseño
Co-Diseño de HW y SW
Metodologías de Diseño
Sistemas Embebidos
Sistemas Embebidos en Tiempo Real
RTOS
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Estado del Arte
SoC(System on Chip)
IP Cores
Arquitectura SoCs
Proceso de Diseño
Co-Diseño de HW y SW
Metodologías de Diseño
Sistemas Embebidos
Sistemas Embebidos en Tiempo Real
RTOS
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ESTADO DEL ARTE
SYSTEM ON CHIPSISTEMA EMBEBIDO BASADO EN FPGA
REUTILIZACIÓN E INTEGRACIÓN DE COMPONENTES
DISMINUCIÓN EN EL TIEMPO DE DISEÑO
TIME TO MARKET – TIME IN MARKET
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Estado del Arte
SoC(System on Chip)
IP Cores
Arquitectura SoCs
Proceso de Diseño
Co-Diseño de HW y SW
Metodologías de Diseño
Sistemas Embebidos
Sistemas Embebidos en Tiempo Real
RTOS
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ESTADO DEL ARTE
IP CORES
TIPO SOFT CORE FIRM CORE HARD CORE
NIVEL DE
ABSTRACCIONRTL, gate level Gate level, layout Layout
DESCRIPCION VHDL, Verilog NetlistDescripción de
transistores
PORTABILIDADA todas las
tecnologías
Limitada a tecnologías
probadas
Optimizada a una
tecnología especifica
FLEXIBILIDAD Alta Limitada Muy poca
PREVISIBILIDAD Baja BuenaAlta y definida por la
tecnología
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Estado del Arte
SoC(System on Chip)
IP Cores
Arquitectura SoCs
Proceso de Diseño
Co-Diseño de HW y SW
Metodologías de Diseño
Sistemas Embebidos
Sistemas Embebidos en Tiempo Real
RTOS
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ESTADO DEL ARTE
ARQUITECTURA SoCs
Esta arquitectura integra varios componentes heterogéneos en el mismo chip.
La arquitectura dentro del chip utiliza un Sistema Distribuido con una topología tipo BUS ya que todos sus componentes comparten la misma. . línea de comunicación
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Estado del Arte
SoC(System on Chip)
IP Cores
Arquitectura SoCs
Proceso de Diseño
Co-Diseño de HW y SW
Metodologías de Diseño
Sistemas Embebidos
Sistemas Embebidos en Tiempo Real
RTOS
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ESTADO DEL ARTE
PROCESO DE DISEÑO DE SoCs
DISMINUIR TIEMPO DE DISEÑO.
MEJORAR LA ESPERANZA DE VIDA DE UN PRODUCTO.
INTEGRAR GRANDES DISEÑOS EN UN SOLO CHIP.
DESARROLLAR PARALELAMENTE HARDWARE Y SOFTWARE.
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Estado del Arte
SoC(System on Chip)
IP Cores
Arquitectura SoCs
Proceso de Diseño
Co-Diseño de HW y SW
Metodologías de Diseño
Sistemas Embebidos
Sistemas Embebidos en Tiempo Real
RTOS
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ESTADO DEL ARTE
CO-DISEÑO DE HW Y SW
OPTIMIZACIÓN
Flujo de Diseño Tradicional
Flujo del Codiseño
Diseñado por gruposIndependientes de
expertos
Diseñado por el mismo grupo de expertos en
cooperación
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Estado del Arte
SoC(System on Chip)
IP Cores
Arquitectura SoCs
Proceso de Diseño
Co-Diseño de HW y SW
Metodologías de Diseño
Sistemas Embebidos
Sistemas Embebidos en Tiempo Real
RTOS
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ESTADO DEL ARTE
METODOLOGÍAS DE DISEÑO
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Estado del Arte
SoC(System on Chip)
IP Cores
Arquitectura SoCs
Proceso de Diseño
Co-Diseño de HW y SW
Metodologías de Diseño
Sistemas Embebidos
Sistemas Embebidos en Tiempo Real
RTOS
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ESTADO DEL ARTE
SISTEMAS EMBEBIDOS
• Definición General:
Es un sistema computacional con un alto grado integración de Hardware (HW) y Software (SW), que son diseñados para desempeñar una función específica.
Están dedicados a tareas específicas
Tienen
restricciones
de tiempo real
Concurrencia de procesos
Bajo Consumo de energí
aBajo Precio
Bajo Peso
Pequeñas
Dimension
es
Generalmen
te emplean un (RTO
S)
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Estado del Arte
SoC(System on Chip)
IP Cores
Arquitectura SoCs
Proceso de Diseño
Co-Diseño de HW y SW
Metodologías de Diseño
Sistemas Embebidos
Sistemas Embebidos en Tiempo Real
RTOS
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ESTADO DEL ARTE
SISTEMAS EMBEBIDOS EN TIEMPO REAL
Sistemas que responden a eventos externos de una manera oportuna, es decir el tiempo de respuesta está garantizado
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ESTADO DEL ARTE
Los sistemas se clasifican en dos tipos de acuerdo al grado de tolerancia al incumplimiento de plazos:
SISTEMAS EMBEBIDOS EN TIEMPO REAL
• Sistemas Hard de Tiempo Real
• Sistemas Soft de Tiempo Real
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
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Estado del Arte
SoC(System on Chip)
IP Cores
Arquitectura SoCs
Proceso de Diseño
Co-Diseño de HW y SW
Metodologías de Diseño
Sistemas Embebidos
Sistemas Embebidos en Tiempo Real
RTOS
![Page 23: DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022062314/5681331f550346895d99ecf9/html5/thumbnails/23.jpg)
DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
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ESTADO DEL ARTE
SISTEMAS OPERATIVO EN TIEMPO REAL
Definición: es un programa que realiza la ejecución de programas en forma oportuna, administra los recursos del sistema, y proporciona una base coherente para el desarrollo de código de aplicación.
Peta Linux Tornado/VxWorks
Lynx OSE
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEMS-ON-CHIP, EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK
ESTADO DEL ARTE
XILINX SPARTAN-6 FPGA EMBEDDED KIT
DISEÑO DE LA APLICACIÓN
RESULTADOS OBTENIDOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
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XILINX SPARTAN-6 FPGA EMBEDDED KIT Plataforma de Hardware
Plataforma de Software
XPS
SDK
Microblaze Processor Subsystem
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
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XILINX SPARTAN-6 FPGA EMBEDDED KIT
PLATAFORMA DE HARDWARE
FPGA SPARTAN 6
MEMORIADDR3
CONECTOR FMC-LPC
POWERON / OFF
POWER 12V
ENTRADADE RESET
PUSH BUTTONS X 4
LEDS X 4
SOCKET PARARELOJ EXTERNO
BUS PCI
VIDEO DVI/VGA
RJ45
DIP SWITCHES X 4
PUERTOUSB JTAG
PUERTO SERIAL
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
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XILINX SPARTAN-6 FPGA EMBEDDED KIT
Selección de IP Cores desde el IP catalog
Archivos de Acceso a los proyectos
Panel de Conexiones en System Assembly View
Desarrollo de las aplicaciones de Software
Expansión de conexiones y buses asosiados de los IPs
Interfaces de Buses
PuertosDirecciones
Vista del Diagrama de Bloques del Sistema
Ventana de Consola
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
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XILINX SPARTAN-6 FPGA EMBEDDED KIT
PLATAFORMA DE SOFTWARE – SDK
Ventana de Consola
Ventana Explorador de Proyectos
Aplicación en C
Plataforma de Hardware
Board Support Package
Ventana de Interacción y Programación
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
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XILINX SPARTAN-6 FPGA EMBEDDED KIT Plataforma de Hardware
Plataforma de Software
XPS
SDK
Microblaze Processor Subsystem
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
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XILINX SPARTAN-6 FPGA EMBEDDED KIT
MICROBLAZE PROCESSOR SUBSYSTEM
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEMS-ON-CHIP, EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK
ESTADO DEL ARTE
XILINX SPARTAN-6 FPGA EMBEDDED KIT
DISEÑO DE LA APLICACIÓN
RESULTADOS OBTENIDOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
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DISEÑO DE LA APLICACIÓN
CAPA HARDWARE
CAPA SISTEMA OPERATIVO
CAPA APLICACIÓN
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DISEÑO DE LA APLICACIÓN
CAPA HARDWARE
CAPA SISTEMA OPERATIVO
CAPA APLICACIÓN
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DISEÑO DE LA APLICACIÓN
CAPA HARDWARE
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DISEÑO DE LA APLICACIÓN
CAPA HARDWARE
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DISEÑO DE LA APLICACIÓN
CAPA HARDWARE
CAPA SISTEMA OPERATIVO
CAPA APLICACIÓN
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DISEÑO DE LA APLICACIÓN
CAPA SISTEMA OPERATIVO
XILKERNEL
HILOS
SEMAFOROS
INTERRUPCIONES
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DISEÑO DE LA APLICACIÓN
CAPA HARDWARE
CAPA SISTEMA OPERATIVO
CAPA APLICACIÓN
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DISEÑO DE LA APLICACIÓN
CAPA APLICACIÓN
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEMS-ON-CHIP, EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK
ESTADO DEL ARTE
XILINX SPARTAN-6 FPGA EMBEDDED KIT
DISEÑO DE LA APLICACIÓN
RESULTADOS OBTENIDOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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RESULTADOS OBTENIDOS
CAPA HARDWARE
CAPA SISTEMA OPERATIVO
CAPA APLICACIÓN
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
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RESULTADOS OBTENIDOS
CAPA HARDWARE
CAPA SISTEMA OPERATIVO
CAPA APLICACIÓN
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RESULTADOS OBTENIDOS
CAPA HARDWARE
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RESULTADOS OBTENIDOS
CAPA HARDWARE
CAPA SISTEMA OPERATIVO
CAPA APLICACIÓN
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RESULTADOS OBTENIDOS
CAPA SISTEMA OPERATIVO
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RESULTADOS OBTENIDOS
CAPA HARDWARE
CAPA SISTEMA OPERATIVO
CAPA APLICACIÓN
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RESULTADOS OBTENIDOS
CAPA APLICACIÓN
SETUP: Plataforma de hardware inicializada correctamente.Iniciando Xilkernel...SHELL: Xilkernel inicializadoSHELL: Inicializando reloj...RELOJ: Registrado gestor de interrupciones para el timer del reloj.RELOJ: Configurando timer del reloj para generar interrupciones cada segundo ..RELOJ: Interrupción de reloj habilitada ...shell>
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEMS-ON-CHIP, EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK
ESTADO DEL ARTE
XILINX SPARTAN-6 FPGA EMBEDDED KIT
DISEÑO DE LA APLICACIÓN
RESULTADOS OBTENIDOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
Prolongación
Implementación de Sistemas Escalables
y Flexibes
Optimización en cada Capa
Disminución en el tiempo de
diseño
Disminución en el tiempo
de diseño
Ventaja SoC Vs Microcontroladores
Permiten personalizar la Capa de Hardware
Brindan flexibilidad y escalabilidad
Ofrecen mayor memoria, velocidad, y cantidad de
E/S
Usan RTOS diseñados para múltiples plataformas
Facilitan el desarrollo de aplicaciones complejas en
menor tiempo
Ventaja SoC Vs PLC
Permiten personalizar la capa de hardware
Proporcionan la capacidad de modificar la
capa de sistema operativo
Facilitan el desarrollo de la capa de aplicación a
traves de C/C++
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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
RECOMENDACIONES
Estudiar Estado del
Arte
Tomar en cuenta posibles cambios
al eliminar IP Cores
Emplear Chip Scope Pro
Estudiar Hoja de datos de
cada IP Core
Emplear Chip Scope Pro
Trabajos Futuros
Aplicaciones mas complejas que incluyan Xilkernel
Estudio de Comunicaciones: Bus CAN, Ethernet, USB, PCI
Sistemas con dos procesadores
IP Cores creados por el usuario
Estudio de otro RTOS ej: Petalinux
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FIN
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
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IMPLEMENTACION DEL CO-DISEÑO DE HW Y SW
DISEÑO DE HARDWARE
1• PERSONALIZACIÓN DEL
MICROBLAZE PROCESSOR SUBSYSTEM
2 • RESULTADO EN DIAGRAMA DE BLOQUES (VISTA RTL)
3• ASIGNACIÓN DE PINES DEL
FPGA SPARTAN 6 EN EL ARCHIVO UCF
2
•RESULTADO EN DIAGRAMA DE BLOQUES (VISTA RTL)
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IMPLEMENTACION DEL CO-DISEÑO DE HW Y SW
DISEÑO DE HARDWARE
1• PERSONALIZACIÓN DEL
MICROBLAZE PROCESSOR SUBSYSTEM
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IMPLEMENTACION DEL CO-DISEÑO DE HW Y SW
DISEÑO DE HARDWARE
1• PERSONALIZACIÓN DEL
MICROBLAZE PROCESSOR SUBSYSTEM
2 • RESULTADO EN DIAGRAMA DE BLOQUES (VISTA RTL)
3• ASIGNACIÓN DE PINES DEL
FPGA SPARTAN 6 EN EL ARCHIVO UCF
1
•PERSONALIZACIÓN DEL MICROBLAZE PROCESSOR SUBSYSTEM
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IMPLEMENTACION DEL CO-DISEÑO DE HW Y SW
DISEÑO DE HARDWARE
1• PERSONALIZACIÓN DEL
MICROBLAZE PROCESSOR SUBSYSTEM
2 • RESULTADO EN DIAGRAMA DE BLOQUES (VISTA RTL)
3• ASIGNACIÓN DE PINES DEL
FPGA SPARTAN 6 EN EL ARCHIVO UCF
1
•PERSONALIZACIÓN DEL MICROBLAZE PROCESSOR SUBSYSTEM
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NET DAC_out_pin LOC = E21 | IOSTANDAR = LVCMOS25;
DAC_out_pin, es el nombre de la conexión externa.
E21, es el pin físico del FPGA.
LVCMOS25, es el estándar de E/S y depende del banco donde se encuentra el pin físico del FPGA
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IMPLEMENTACION DEL CO-DISEÑO DE HW Y SW
DISEÑO DE HARDWARE
1• PERSONALIZACIÓN DEL
MICROBLAZE PROCESSOR SUBSYSTEM
2 • RESULTADO EN DIAGRAMA DE BLOQUES (VISTA RTL)
3• ASIGNACIÓN DE PINES DEL
FPGA SPARTAN 6 EN EL ARCHIVO UCF
4• GENERACIÓN Y
EXPORTACIÓN DEL BITSTREAM DE LA PLATAFORMA DE HARDWARE
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
IMPLEMENTACION DEL CO-DISEÑO DE HW Y SW
DISEÑO DE SOFTWARE
1 • CREACIÓN DE UN WORKSPACE EN SDK
2• IMPORTACIÓN DE LA
PLATAFORMA DE HARDWARE
3 • CREACIÓN Y CONFIGURACIÓN DEL BSP
2
•IMPORTACIÓN DE LA PLATAFORMA DE HARDWARE
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IMPLEMENTACION DEL CO-DISEÑO DE HW Y SW
DISEÑO DE SOFTWARE
1 • CREACIÓN DE UN WORKSPACE EN SDK
2• IMPORTACIÓN DE LA
PLATAFORMA DE HARDWARE
3 • CREACIÓN Y CONFIGURACIÓN DEL BSP
1
•CREACIÓN DE UN WORKSPACE EN SDK
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
IMPLEMENTACION DEL CO-DISEÑO DE HW Y SW
DISEÑO DE SOFTWARE
1 • CREACIÓN DE UN WORKSPACE EN SDK
2• IMPORTACIÓN DE LA
PLATAFORMA DE HARDWARE
3 • CREACIÓN Y CONFIGURACIÓN DEL BSP
4 • CREACIÓN DEL PROYECTO DE SOFTWARE
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DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
IMPLEMENTACION DEL CO-DISEÑO DE HW Y SW
DISEÑO DE SOFTWARE
1 • CREACIÓN DE UN WORKSPACE EN SDK
2• IMPORTACIÓN DE LA
PLATAFORMA DE HARDWARE
3 • CREACIÓN Y CONFIGURACIÓN DEL BSP
4 • CREACIÓN DEL PROYECTO DE SOFTWARE
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![Page 61: DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK](https://reader035.vdocuments.co/reader035/viewer/2022062314/5681331f550346895d99ecf9/html5/thumbnails/61.jpg)
4 • CREACIÓN DEL PROYECTO DE SOFTWARE
1 • CREACIÓN DE UN WORKSPACE EN SDK
2• IMPORTACIÓN DE LA
PLATAFORMA DE HARDWARE
DISEÑO DE HARDWARE Y SOFTWARE DE SYSTEM-ON-CHIP EMPLEANDO TECNOLOGIA XILINX EDK.
IMPLEMENTACION DEL CO-DISEÑO DE HW Y SW
DISEÑO DE SOFTWARE
3 • CREACIÓN Y CONFIGURACIÓN DEL BSP
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DESCRIPCION ARCHIVO
shell.c
Shell CLI (Comand Line Interface) concomandos básicos para interactuar con elsistema operativo, es capaz de cargar yejecutar nuevos hilos.
clock.cEste archivo implementa un hilo que sirve dereloj del sistema capaz de ser seteado. Seejecuta siempre en paralelo al resto de hilos.
control_on_off.cEste archivo contiene el hilo para control on-off de temperatura y su bucle de control.
control_pid.cEste archivo contiene el hilo para control PIDde temperatura y su bucle de control.
control_header.c
Este archivo contiene funciones para realizarsetup de hardware , lectura del sensor através del ADC, inicializar el timer demuestreo y para el ingreso de númerosenteros.
control_header.h
Archivo de cabecera que contiene losprototipos de las funciones del archivocontrol_header.c, además de definicionesgenerales de la aplicación.
lscript.ld
Asocia todas las secciones del programa a lamemoria DDR3 externa de la tarjeta SP605.Define un tamaño de pila (stack size) de 2Kbnecesario para ejecutar los hilos de control.