Jak propojit Linux s FPGA?

How to interconnect Linux with FPGA?

redakční článek

čeština

Dnešní FPGA čipy poskytují stále větší kapacitu a možnosti. Narůstá množství konfigurovatelné logiky, na čipu je možné najít i relativně výkonná procesorová jádra. Vzniká tak možnost konstruovat komplexní systémy na čipu (SoC - System on Chip).  Problémem návrhu SoC systémů je relativně dlouhá doba vývoje, což může ohrozit splnění požadavků na uvedení nového produktu na trh. Dnešní vývojové nástroje se snaží zkrátit dobu vývoje syntézou algoritmů popsaných v jazyce C na hardwarové architektury s využitím vysokoúrovňové syntézy (HLS - High Level Synthesis). HLS umožňuje výrazně zkrátit dobu vývoje hardwarových bloků, ale neřeší problematiku rozdělení systému mezi hardware a software a komunikace mezi procesorem a FPGA logikou. V článku se proto zaměříme na možnosti propojení FPGA logiky s procesorem, na kterém běží operační systém Linux. Nejdříve bude věnována pozornost komunikaci Linuxu s PCIe akcelerační kartou.  Budou ukázány principy zajišťující vysokou propustnost a flexibilitu. Následně se zaměříme na FPGA Xilinx Zynq a Altera Cyclone V SoC, kde se soustředíme na zprovoznění OS Linux na ARM jádrech a následně i na samotnou komunikaci mezi Linuxem a FPGA logikou. V obou případech ukážeme, na jaké problémy je možné narazit a jakým způsobem je vhodné je řešit.

Today's FPGA chips provide even more capacity and options. There is a growing amount of configurable logic on the chip and it is possible to find a relatively powerful processor cores there. This creates the possibility to design complex systems-on-chip (SoC - System on Chip). Problems of the SoC system is relatively long development time. Today's development tools are trying to shorten the development time of synthesis algorithms described in C language for hardware architecture using high-level synthesis (HLS - High Level Synthesis). HLS allows to significantly reduce development time for hardware blocks, but it does not address the comunnication in between hardware and software. The article therefore focus on the possibility of linking FPGA logic to system running the Linux operating system. First, attention will be given to communication with Linux PCIe accelerator card. We describe the principles of providing high throughput and flexibility. Then we focus on FPGA Xilinx Zynq and Altera Cyclone V SoC, where we focus on putting Linux on ARM cores and consequently on the actual communication between Linux and FPGA logic. In both cases, we identify problems that may be encountered and how they should be addressed.

FPGA, Linux, ovladače, propojení, propustnost, platforma

FPGA, Linux, driver, interconnection, throughput, platform

KOŘENEK, J.; KORČEK, P.; VIKTORIN, J.

4. 5. 2014

1805-5044

DPS Elektronika od A do Z

2014

3

Česká republika

24

25

2