HOME PUBLICATIONS EDUCATION RESEARCH PROJECTS SOFTWARE FUNNY CONTACT

Σχεδιασμός Βασικής Δομικής Μονάδας και Ανάπτυξη Εργαλείων Σχεδιασμού για Ενσωματωμένο FPGA
 
Κώστας Σιώζιος
Μεταπτυχιακή διατριβή στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης, Ξάνθη, 2001
 
   Download Master [BibTex] [EndNote] [Plain]

Περίληψη:
Οι διατάξεις πυλών προγραμματιζόμενων πεδίων (FPGA) αποτελούν μια σημαντική τεχνολογία, η οποία επιτρέπει στους σχεδιαστές κυκλωμάτων την παραγωγή συγκεκριμένου σκοπού ολοκληρωμένων κυκλωμάτων με μικρό χρόνο κατασκευής. Μέχρι στιγμής έχουν γίνει αρκετές αξιόλογες προσπάθειες για το σχεδιασμό ενός FPGA σε ακαδημαϊκό επίπεδο, η καθεμία από τις οποίες εμφανίζει πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Πολλές από αυτές εμφανίζουν ως χαρακτηριστικά γνωρίσματα την χαμηλή κατανάλωση ισχύος καθώς και το μικρό χρονικό διάστημα που απαιτείται για τον επαναπρογραμματισμό τους. Ο στόχος της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής είναι διττός, και περιλαμβάνει το σχεδιασμό της βασικής δομικής μονάδας μιας διάταξης FPGA και την ανάπτυξη κατάλληλων εργαλείων, εύχρηστα προς τον μη-εξοικειωμένο χρήστη, τα οποία να μπορούν να προγραμματίσουν ένα ενσωματωμένο FPGA. Αναλυτικότερα, στο πρώτο μέρος της εργασίας περιγράφεται ο σχεδιασμός της βασικής δομικής μονάδας του FPGA σε τεχνολογία 0.18μm ST Microelectronics. Κατά το στάδιο αυτό έχουν ληφθεί υπόψη ορισμένοι παράμετροι οι οποίοι επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό την τελική απόδοση της υπο-σχεδίαση βασικής δομικής μονάδας. Μεταξύ αυτών ήταν η επιλογή του μεγέθους της συστοιχίας για τη βελτιστοποίηση της καταναλισκόμενης ισχύος, η χρησιμοποίηση όσο το δυνατόν μεγαλύτερου ποσοστού του υλικού, ο βέλτιστος λόγος απόδοσης προς κατανάλωση για τα στοιχεία που απαρτίζουν τη βασική δομική μονάδα, καθώς επίσης και η χρήση τεχνικών χαμηλής κατανάλωσης ισχύος σε επίπεδο κυκλώματος στο σχεδιασμό του κάθε στοιχείου. Η βασιμότητα των επιλογών που πραγματοποιήθηκαν κατά το στάδιο της σχεδίασης, αποδεικνύεται από τις μετρήσεις που αφορούν διάφορες παραμέτρους του υλικού της βασικής δομικής μονάδας. Η δεύτερη ενότητα της εργασίας περιλαμβάνει την ανάπτυξη εύχρηστων εργαλείων για τον προγραμματισμό του ενσωματωμένου FPGA. Για το σκοπό αυτό, επιλέχθηκαν ορισμένα εργαλεία πάνω στα οποία θα στηριζόταν η σχεδιαστική ροή (VHDL_Parser, E2FMT, T-VPack, VPR, Power Model), τα οποία στη συνέχεια τροποποιήθηκαν κατάλληλα. Παράλληλα για τις ανάγκες της ολοκληρωμένης σχεδιαστικής ροής, έπρεπε να υλοποιηθούν πλήρως μερικά νέα σχεδιαστικά εργαλεία (DEMORALIZER, DEFILER, DAFT, DAGGER). Όλα τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για τον προγραμματισμό της διάταξης του FPGA είναι ανεξάρτητα της τεχνολογίας του FPGA. Τέλος αναπτύχθηκε το γραφικό περιβάλλον εργασίας των εργαλείων και έχουν συγγραφεί εγχειρίδια χρήσης για όλα τα εργαλεία που αποτελούν την προτεινόμενη σχεδιαστική ροή.Τόσο ο σχεδιασμός της βασικής δομικής μονάδας, όσο και η ανάπτυξη των εργαλείων για τον προγραμματισμό της διάταξης του FPGA αποτελούν μέρος του Ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος IST-2001-34379 AMDRELArchitectures and Methodologies for Dynamic Reconfigurable Logic” (http://vlsi.ee.duth.gr/amdrel). Πιο συγκεκριμένα, η εργασία αναφορικά με το σχεδιασμό της βασικής δομικής μονάδας αποτελεί τμήμα του TASK 4.2 το οποίο πραγματεύεται το σχεδιασμό και την υλοποίηση ενός λεπτόκοκκου επαναδιαμορφώσιμου υλικού με ικανοποιητικά χαρακτηριστικά σε θέματα κατανάλωσης ισχύος. Αντίστοιχα τα εργαλεία αποτελούν μέρος του TASK 4.3 που ως στόχο έχει την ανάπτυξη σχεδιαστικών εργαλείων τα οποία να υποστηρίζουν το λεπτόκοκκο επαναπροσδριορίσιμο υλικό που προκύπτει από το TASK 4.2.

Last Update: 09 October 2016