Interação entre computadores e placas baseadas em FPGA

Abstract

Esta Dissertação é dedicada ao projeto, implementação e avaliação de ferramentas que permitem a transferência de dados entre FPGA presentes em placas de prototipagem Digilent (no caso a Nexys 2 e a Atlys) e um computador de uso geral. Esta problemática é relevante para diversos propósitos, tais como: 1) a verificação expedita de projetos para aplicações de processamento intensivo de dados; 2) para possibilitar a separação do projeto num núcleo hardware de elevado desempenho, que cumpra os objetivos do problema em estudo, e meios suplementares (e menos importantes) geridos em software executado em computadores de uso geral, tais como a geração de dados de entrada, o teste de resultados, a comparação de dados para verificação da sua correção entre outros; 3) para comparar o desempenho de qualquer tarefa executada em software e hardware através da sua execução concorrente. A Dissertação sugere duas estratégias potenciais baseadas em: 1) circuitos diretamente mapeados em hardware, e 2) microprocessadores soft core (MicroBlaze). De acordo com estas estratégias, foram propostos métodos de transferência de dados entre o hardware FPGA e software de uso geral e um número de projetos foram desenvolvidos, implementados, testados e avaliados que permitem: 1) a troca de fluxos de dados entre software e hardware, e 2) a comunicação com memórias onboard (DDR-RAM e flash RAM) e embutidas em FPGA. Alguns exemplos que demonstram a utilidade das técnicas propostas são igualmente apresentados.

This thesis is dedicated to the design, implementation and evaluation of tools for data exchange between FPGAs of Digilent prototyping boards (namely Nexys 2 and Atlys) and a general-purpose computer. This problem is important for several purposes, such as: 1) to rapidly verify the developed projects that process data-intensive applications; 2) to split the design in a fast hardware core, solving the intended problem, and supplementary (not very important) means handled in software of general-purpose computers, such as that generate data, test the results, compare correctness of supplied data and so forth; 3) to compare performance of any particular task in software and in hardware through their concurrent execution. Generally the thesis suggests two potential strategies that are based on: 1) circuits directly mapped to hardware, and 2) soft processing (MicroBlaze) core. According to these strategies, methods of data exchange between FPGA hardware and general-purpose software were proposed and a number of projects were developed, implemented, tested and evaluated which permit: 1) to exchange streaming data between software and hardware; and 2) to communicate with onboard (DDR RAM and flash RAM) and embedded to FPGA memories. Some particular examples demonstrating usefulness of the proposed technique are also given.