Servicii linux pentru sisteme reconfigurabile

transcript

SERVICII LINUX

PENTRU SISTEME

RECONFIGURABILE

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC

Ș.L. DR. ING. ANDREI STAN

ABSOLVENT

VALENTIN MIHĂLCUȚ

ARHITECTURA SISTEMULUI

ARHITECTURA ZYNQ 7000

Etape în comunicarea între Sistemul de Procesare și

Logica Programabilă:

1. trimiterea unei comenzi de la Sistemul de Procesare către Logica

Programabilă (prin scrierea în memoria RAM)

2. trimiterea unei întreruperi din Logica Programabilă către Sistemul

de Procesare (când s-a finalizat execuția comenzii)

3. primirea datelor de la Logica Programabilă în Sistemul de

Procesare (prin citirea din memoria RAM)

ETAPE DE IMPLEMENTARE

• Sinteza modulului SPI pe FPGA

• Generarea bootloaderului

• Compilarea kernelului de Linux

• Generarea arborelui de dispozitive

• Implementarea driverului Linux

• Implementarea interfețelor de programare

• Implementarea aplicației utilizator

COMPONENTE HARDWARE

MODULUL SPI

SIMULAREA MODULULUI SPI

Spi Master

Spi Slave

SINTEZA PE FPGA

• Crearea unui nou periferic în Xilinx XPS

• Atribuirea a 8 semnale GPIO noului periferic

• Atribuirea spațiului de adrese în memoria RAM

• Configurarea direcției semnalelor de I/O

• Configurarea semnalului de întrerupere

• Editarea modulului Top Level (VHDL)

• Editarea modulului User Logic (Verilog)

• Configurarea portului extern

• Înregistrarea semnalului de întrerupere

• Sinteza propriu-zisă

MEMORIA EEPROM

Secvența de citire a unui octet

Secvența de scriere a unui octet

COMPONENTE SOFTWARE

KERNEL DRIVER

• Comunică direct cu perifericul

hardware

• Gestionează resursele pentru

periferic

• Implementează operațiile de acces la

fișierul virtual

• Sincronizează accesul la resurse

KERNEL DRIVER

INTERFEȚE DE PROGRAMARE

Funcții comune modurilor Master și

• setarea modului de lucru (master

sau slave)

• setarea polarității semnalului de

clock (CPOL)

• setarea frontului de clock pentru

transmisie/recepție (CPHA)

• citirea registrului de configurare

• citirea registrului de date

• citirea datelor recepționate

Funcții specifice modului Master

• setarea prescaler-ului

• transmiterea datelor

Funcții specifice modului Slave

• pornirea recepției

• oprirea recepției

Funcții pentru recepție:

• activarea buffer-ului

• dezactivarea buffer-ului

• citirea datelor din buffer

Funcții de acces la memoria EEPROM:

• activarea memoriei

• dezactivarea memoriei

• scrierea unui buffer de lungime fixă la

o adresă de memorie

• citirea de la o adresă de memorie

într-un buffer de lungime fixă

APLICAȚIA UTILIZATOR

• Realizează teste pe memoria

EEPROM, prin scrieri si citiri

succesive (256 de teste)

• Interfață grafică în mod consolă

• Înregistrează timpul fiecărui test

• Afișează rezultatele

FUNCȚIONAREA SISTEMULUI

REZULTATE EXPERIMENTALE

Testarea memoriei: • Durata unui test: 3.6s

• Durata de scriere/citire pagina: 275us

• Durata între scriere si citire: 5ms

• Durata între citire si scriere: 750us

MISO (canal 1), MOSI (canal 3), SS (canal 4), SCK (canal 2)

REZULTATE EXPERIMENTALE

Scrierea continuă a unui octet: • Durata de scriere: 5us

• Durata între scrieri: 90us

• Durata de transmisie a unei comenzi: 2.5us

MISO (canal 1), MOSI (canal 3), SS (canal 4), SCK (canal 2)

CONCLUZII

Dezavantaje:

• Dificultatea dezvoltării hardware. Uneori e mai rapidă dezvoltarea

software

• Necesitatea cunoștințelor interdisciplinare

• Soluție potrivită pentru proiecte de anvergură

• Unelte nestandardizate. Timp mare de familiarizare cu acestea

• Cost mediu spre ridicat

• Sincronizarea în spațiul nucleu prin așteptări blocante (spinlock)

CONCLUZII

Avantaje:

• Viteză de lucru de 100MHz a perifericului SPI, până la

viteza maximă a sistemului de 667MHz

• Viteză mare a comunicației între PL si PS, dată de bus-ul

de date AXI

• Dimensiune redusă. Grad mare de integrare

• Flexibilitate. Sistem reconfigurabil pentru orice periferic

dedicat

• Modularitate dată de bibliotecile utilizator

Servicii linux pentru sisteme reconfigurabile

Engineering