MIPS-платформа с FPGA

MIPS‑платформа с акселератором ЦОС

MIPS-платформа с акселератором ЦОС предназначена для цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени (цифровая фильтрация, Фурье анализ, сжатие и кодирование сигнала), вывода результатов на цветной или ч/б графический LCD дисплей (TFT/STN 800x600) и высокоскоростного обмена информацией (10/100 Ethernet, USB) с внешними устройствами.

Платформа обладает развитой периферией (PCMCIA, UART, I2S, AC’97, SD/MMC, IrDA) и позиционируется как альтернатива по быстродействию, сервисным функциям, энергопотреблению и стоимости устройствам на базе микро‑PC и смешанным схемам DSP+ПЛИС.

· SSI0 и SSI1 контроллер (два синхронных последовательных дуплекса);

· Secure Digital SD0 и SD1 (две Flash карты SD/MMC);

· LCD TFT/STN контроллер 800x600;

· PCMCIA контроллер (транслируется через ПЛИС);

· SDRAM контроллер. Устанавливается от 32 MB до 256 MB;

· SRAM/Flash контроллер. Устанавливается от 8 MB до 128 MB;

· две полностью раздельные шины по адресам, данным и управляющим сигналам для SDRAM и SRAM;

· два DMA канала от ПЛИС Virtex‑II;

· ПЛИС Virtex‑II имеет 38-48-68 LVDS I/O линий для емкости 256 тыс. 500 тыс. 1 млн. вент.;

· ПЛИС Virtex‑II емкостью 256 тыс. и 500 тыс. вент. имеет 2 внешних независимых банка SRAM 256К x 16, при емкости 1 млн. вент. - 4 внешних независимых банка SRAM 256К x 16;

· два светодиодных индикатора режимов.

Краткие технические характеристики

· 32‑х разрядное ядро MIPS 300, 400 или 500MHz;

· 10/100 Ethernet MAC;

· USB Device и Host контроллер;

· UART0, UART1, UART3;

· IrDA контроллер;

· AC’97 контроллер;

· I2S контроллер;

Функциональные возможности

· полномасштабная поддержка ОС Linux, Windows CE, VxWorks. Наличие большого числа готовых библиотек и драйверов устройств ввода/вывода, хранения и отображения информации, шрифтов и т.п.;

· оптимальное соотношение цена/производительность обеспечивается аппаратной масштабируемостью платформы – широким диапазоном объемов памяти (8MB…256MB), быстродействием CPU (266MHz…500MHz) и емкостью ПЛИС (от 256 тыс. до 1 млн. вентилей);

· ПЛИС Virtex‑II (от 256 тыс. до 1 млн. вентилей) и наличие до 4‑х независимых банков SRAM 256Kx16 позволяет организовать предобработку потоков данных (цифровая фильтрация, Фурье преобразование и т.п.) в реальном масштабе времени на частотах до 120MHz…180МHz;

· аппаратная поддержка видео, сетевых и системных интерфейсов встроенными в CPU контроллерами периферийных устройств.

Встроенное программное обеспечение

Встроенное ПО платформы содержит:

· монитор YAMON (стандартный монитор MIPS):

o обеспечивает управление из командной строки по RS‑232;

o обеспечивает связь с центральным компьютером по Ethernet (протокол TFTP);

o поддерживает работу с FLASH, включая операции стирания, записи и верификации любых разделов, в т.ч. раздела YAMON;

o управляет конфигурацией процесса старта ОС, в т.ч. автоматического,

· ядро Linux 2.4.20 с поддержкой всех аппаратных интерфейсов процессора (Ethernet, USB, UART, IrDA, PCMCIA, LCD и т.д.);

· файловая система JFFS2 , функционирующая во Flash. Включает в себя:

о драйвер работы с Xilinx для Linux;

o набор стандартных Linux утилит для обеспечения полной функциональности в командной строке;

o графические библиотеки QT3 для обычного режима и с поддержкой многопоточности, включая языковую поддержку посредством UNICODE.

Структура платформы

Процессорный модуль выполнен на 8‑ми слойной МПП с размерами 100mm x 76mm. Он имеет два 100-контактных коммуникационных разъема: встроенной периферии и пользовательский. Все сигналы внутренних контроллеров периферийных устройств (кроме PCMCA и внешнего LCD контроллера 1600x1200 точек - S1D13505, Epson; MB8629x, Fujitsu) выведены с процессора на первый (периферийный) разьем. PCMCA интерфейс и управление внешним LCD контроллером транслируется через ПЛИС. Пользователю доступно до 68‑ми линий, выведенных на второй (пользовательский) разъем, которые при необходимости можно сконфигурировать как LVDS‑выходы.

Главными преимуществами использования процессоров AMD Alchemyä по сравнению с существующими решениями на базе архитектур ARM (Intel, Samsung, Cyrrus Logic), SHx (Toshiba), PowerPC (Motorola, AMCC) является:

· две полностью раздельные шины по адресам, данным и управляющим сигналам для динамической и статической памяти. Операционная система (Linux, VxWorks или Windows CE) и внешние скоростные потоки данных функционируют автономно друг от друга. Пропускная способность обоих шин (100MHz) используется полностью без необходимости делить их потенциал между системными и embedded задачами;

· раздельная топология скоростных трасс платы с минимальным числом подключаемых микросхем позволяет получить проводники наименьшей длины с упрощенными требованиями к их импедансам;

· поддержка периферийных устройств встроенными в CPU контроллерами не требует практически никакой обвязки за исключением защиты от перенапряжения. Все имеющиеся в CPU интерфейсы выведены на внешний разьем периферийных устройств;

· четыре независимых банка быстрой статической памяти (10 ns, 256 kB, 16 разрядов) обеспечивают страничный ввод/вывод и предобработку двух информационных потоков. Все банки имеют собственные шины адреса/данных/управления.

Питание

Платформа имеет DC‑DC преобразователи от сети +9V…+24V. Для повышения функциональности система питания распределена по обоим входящим в платформу модулям. Интерфейсный модуль обеспечивает:

· +3.3V - основное цифровое питание;

· +5V - питание USB и DC‑DC с гальваноразвязкой для RS‑232;

· +12V - питание инвертора ламп подсветки LCD панели.

Процессорный модуль имеет два собственных DC‑DC преобразователя:

· +1.2V - напряжения питания ядра CPU;

· +1.5V - напряжение питания ядра ПЛИС.

При необходимости собственные DC‑DC преобразователи процессорного модуля могут быть отключены, а питание в этом случае подается через пользовательский разъем с интерфейсного модуля.

Потребляемая мощность процессорного модуля в зависимости от быстродействия CPU и SDRAM составляет от 1,6W до 3,5W.

Стоимость

Стоимость комплектующих единичного экземпляра не превышает отметки 185$ в минимальной конфигурации – CPU 330MHz, Flash 8MB, SDRAM 16MB, ПЛИС Virtex II 250 тыс.вент., 2 SRAM банка 256kBx16. При использовании внешних источников питания +1.2V и +1.5V цена комплектующих может быть снижена до 165$.