Você acha que não precisa de um FPGA? Pense melhor!
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- João Batista Diegues Domingues
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2 Você acha que não precisa de um FPGA? Pense melhor! Objetivos de hoje Definir e explicar os FPGAs Desmistificar os conceitos incorretos mais comuns sobre os FPGAs Compreender a melhor e mais intuitiva forma de programar os FPGAs Compreender quando e como os FPGAs podem agregar valor às suas aplicações 2
3 Consulta à plateia Vocês têm usado os FPGAs atualmente nos projetos? Quais seriam os motivos para a NÃO utilização de FPGAs? 3
4 4
5 O que é um FPGA? 5
6 O efeito da Lei de Moore sobre os FPGAs: SOCs heterogêneos e altamente paralelos LÓGICA PROGRAMÁVEL E COMUNICAÇÃO COMUNICAÇÕES EXTERNAS SLICES DSP DE NÚCLEO RÍGIDO MICROPROCESSADORES Consumo reduzido de energia Dimensões inferiores Capacidade de reconfiguração aprimorada Menor custo 6
7 Vantagens sobre DSPs ou ASICs DSP com dois núcleos Spartan-6 LX45 HFPGA MACS = Operações múltiplas acumuladas por segundo (medida de desempenho do DSP) 7 Zynq 7020 SoC Relação de desempenho (FPGA/DSP) Relação de desempenho (Zynq- 7020/DSP) Milhão da MACS por Chip ,500 92, Milhão da MACS por Watt 571 5,897 23, Milhão da MACS por dólar
8 A evolução dos métodos de projeto juntamente com a tecnologia Tradicional Aprimorada 8
9 Você acha que não precisa de um FPGA? Pense melhor! -- 3 Motivos para aumentar suas aplicações com o FPGA -- Seu projeto preparado para o futuro Adapte aos requisitos em constante mudança e à evolução dos projetos Aumente a confiabilidade e o determinismo Nos sistemas implantados com prazos apertados e com problemas de segurança Aprimore o desempenho e melhore a funcionalidade Processamento transferido, controle ultrarrápido e customização de temporização 9
10 1. Seus projetos, preparados para o futuro Motivos para aumentar suas aplicações com o FPGA Adapte-se às constantes mudanças de requisitos Modifique, aprimore, inclua (ou remova) as funcionalidades com o passar do tempo Reutilize hardware (e o código) de um projeto para outro 10
11 Estudo de caso: O complexo sistema de controle da Innosiv Engineering Resultados: A reprodução do temporizador foi de até.10 seg O erro induzido foi inferior a 10 N. O deslize entre a roda frontal e a traseira foi mantida no mínimo de 0,07 ppm. O sistema pode ser executado em até 140 km/h, sendo que as diferenças de velocidade são irrisórias, de 0,01 m/s. A flexibilidade do sistema baseado no CompactRIO e no LabVIEW impressionou mais do que os próprios resultados finais. Em todos os desafios relacionados a controle e medição descobertos durante a implementação, encontramos rapidamente uma solução inovadora e satisfatória". 11
12 2. Aumente a confiabilidade e o determinismo A aplicação é executada no hardware Motivos para aumentar suas aplicações com o FPGA Segurança e confiabilidade excepcionais (aumenta o tempo de operação!) Determinismo ao extremo e controle do ciclo do clock o Jitter praticamente nulo; Taxas de loop de até ~200 MHz 12
13 3. Melhorar o desempenho e a funcionalidade Controle extremamente rápido de malha fechada ou do estímulo/resposta do teste Motivos para aumentar suas aplicações com o FPGA Processamento inline (ex.: aplicações de visão ou teste) Prorrogue OP1 a aplicação DAQ OP2 ou CLP OP3 OP4 10 ms 10 ms 10 ms 10 ms E/S analógicas com temporização e trigger customizados de alta velocidade Tempo total = 40 ms Integrar os sensores digitais customizados OP1 Latência 2 ms OP2 OP3 OP4 Processador FPGA Tempo total 12 ms 15 FPGA
14 16
15 Se os FPGAs são tão bons assim Por que eles não são considerados por mais projetistas de sistemas? Abordagem tradicional = Muito caro 17
16 Os métodos tradicionais são bem diferentes Processadores O que eles utilizam? C, C++, C#, Java O que eles conhecem? APIs de alto nível Como eles são desenvolvidos? Com a compilação antecipada e frequente Depuram com pontas de prova (probe) em uma única etapa FPGAs O que eles utilizam? VHDL, Verilog O que eles conhecem? Programação RTL Como eles são desenvolvidos? Projeto baseado em modelo Depuram com JTAG, ChipScope 18
17 Arquitetura LabVIEW RIO: a base para a inovação 19
18 Não precisa acreditar no que dizemos Você precisa de uma linguagem de alto nível para levar o FPGA até o grande público, as pessoas que não são programadores de hardware. Acreditamos que o LabVIEW é uma excelente ferramenta, que permite que os especialistas programem os FPGAs Ivo Bolsens, Chefe do setor de tecnologia, Xilinx 20
19 Uma ferramenta para todos os fins No LabVIEW, é possível Gerenciar os recursos de FPGA Desenvolva, compile e implemente a aplicação Simule e depure a aplicação Target do desktop Target de tempo real Target FPGA 21
20 Elementos da linguagem específica F PGA Elementos LabVIEW FPGA Interface de E/S Comunicação de dados Temporização Controle 23
21 Novas regras do desenvolvimento de Software Na verdade, seu código configura circuitos de hardware O tempo de compilação é superior, comparado ao desktop Sinais em um fio: são mais difíceis de depurar Como você pode manter a produtividade? Múltiplos métodos de simulação o Tempo de compilação inferior o Verifique a funcionalidade e o tempo da simulação Compilação em nuvem para todos o Compile com mais rapidez o Compile offline Criador de IP para otimização automática 24
22 Demonstração do LabVIEW FPGA 25
23 Portabilidade da aplicação DAQ Configuraç ão do(s) canal(is) Configure a taxa & e o número de exemplos Configure as condições iniciais Leia os exemplos Cleanup 26
24 Qual a ferramenta ideal para a tarefa? 27
25 Não faça a portabilidade de toda a aplicação Escolha o local correto para a tarefa: Processador ou FPGA Algumas operações podem ser bem mais simples no Processador Identifique as peças que fazem o melhor mapeamento do FPGA... Quais Existem componentes Quais loops tarefas de controle precisam estão rápido? ser Tarefas sobrecarregando altamente confiáveis? determinísticas? o processador? 28
26 Estudo de caso: Innosiv Engineering
27 Ainda acha que não precisa de FPGAs? Talvez hoje não precise, mas pode precisar amanhã! 32
28 A base para a inovação Arquitetura NI LabVIEW RIO Loops Lógica de e Segurança, Integração controle protocolos Co- de confiabilida do sensor Processador customizad tempo customizado de crítico os 33
29 Uma plataforma que só cresce 34
30 Pequenas empresas chegam ao mercado mais rápido com as NI Tools Tamanho da equipe embarcada do núcleo (nº médio de engenheiros de software/hardware/firmware) NI UBM Tempo de conclusão dos projetos (meses) No tempo previsto ou abaixo 58% 42% Um pouco/ muito atrasados em relação ao cronograma 38% 55% 35
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