DHow2 - L4
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POLITECNICO DI MILANO
Introduzione ai Sistemi Embedded
DRESD How To (DHow2) - L4
DDynamic ynamic RReconfigurability econfigurability inin EEmbeddedmbedded SSystemsystems DDesignesign
DRESD Team
22
OutlineOutline
Sistemi embeddedIntroduzioneCaratteristiche
Soluzioni architetturaliSystem-on-Chip
MicroprocessoriMemorieInterfacciamentoTecnologie programmabiliMetodologia di progetto
33
Sistemi embedded: introduzioneSistemi embedded: introduzione
Sistemi dedicati a classi specifiche di applicazioni
OttimizzazioneDiversificazione a livello architetturale
Requisiti funzionaliVincoli: dimensioni, consumo di potenza, costo, ...
44
Sistemi embedded: caratteristicheSistemi embedded: caratteristiche
DimensioniConsumo energetico
Scelta della tecnologia
Interfacce di comunicazioneQuantità di dati da trasferireTipo di utilizzo
Interfacce utenteVolumiTime-to-marketTempo di vita
55
Soluzioni architetturaliSoluzioni architetturali
Printed Circuit Board (PCB)Assemblaggio di componenti discreti su una
basetta di materiale plastico che realizza le interconnessioni necessarieSystem-on-Chip
SoCMulti-Processor System-on-Chip (MPSoC)Multi-Chip Module (MCM)Network on Chip (NoC)
Sistemi distribuitiFunzionalità complessa su più sottosistemi
fortemente interagenti tra loro tramite reti di comunicazione
• Wireless Sensor Network (WSN)
66
Soluzioni architetturali: System-on-Chip Soluzioni architetturali: System-on-Chip (1/2)(1/2)
Architettura basata su un singolo chip in tecnologia intergrata che ospita l’intero sistemaVantaggi
PrestazioniAssorbimento energeticoNumero di pin di ingresso/uscita più bassoCosto
77
Soluzioni architetturali: System-on-Chip Soluzioni architetturali: System-on-Chip (2/2)(2/2)
Componenti funzionaliMicroprocessoriMemorieBlocchi digitali dedicatiCore digitali standard: encoder, decoder, filtri, ...Blocchi di temporizzazione: timer, watchdog, ...Blocchi di alimentazione: regolatori di tensione, ...Interfacce: analogiche, seriali, parallele, di rete, ...
88
Microprocessori (1/2)Microprocessori (1/2)
General Purpose Processor (GPP)Architettura di calcolo per applicazioni in campi
anche molto diversiArchitetture CISC (Complex Instruction Set Computer): ampio instruction set costituito da istruzioni complesseArchitetture RISC (Reduced Instruction Set Computer): instruction set limitato con istruzioni mediamente sempliciArchitetture CISC/RISC: scomposizione di istruzioni CISC in istruzioni simili alle istruzioni RISCArchitetture superscalari: architetture con più di un’unità di elaborazioneArchitetture EPIC/VLIW (Explicitly Parallel Instruction Computer / Very Long Instruction Word): istruzioni elementari in una sola parola di grandi dimensioni
99
Microprocessori (2/2)Microprocessori (2/2)
Processori dedicatiArchitetture di microprocessore ottimizzate per
applicazioni specificheDigital Signal Processor (DSP): elaborazione numericaNetwork Processor (NP): applicazioni di reti (e.g. elaborazione di pacchetti)Micro Controller Unit (MCU): microprocessori che dispongono di molte periferiche e interfacce integrate su singolo chip, adatti per carico computazionale modesto e vincoli sulle risorse hardware
1010
Memorie (1/2)Memorie (1/2)
Parametri caratteristiciTempo di accessoGranularitàTipo di accesso: casuale, FIFO, LIFO, ...Funzione: operazioni per cui è concepita la memoriaProgrammabilità: memorie volatili vs non volatili
ClassificazioneStatic Random Access Memory (SRAM)Dynamic Random Access Memory (DRAM)Read Only Memory (ROM)Electrically Programmable Read Only Memory (EPROM)Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (E2PROM)Flash
1111
Memorie (2/2)Memorie (2/2)
Gerarchia di memoriaRegistriCacheMemoria centraleDischiNastri
1212
Interfacciamento (1/2)Interfacciamento (1/2)
Trasferimento di dati tra porzioni dello stesso sistema
IndirizzamentoMemory mapped I/O: spazio di indirizzamento del microprocessore suddiviso in sezioni assegnate ai dispositiviStandard I/O: bus di controllo con una linea aggiuntiva che indica se l’indirizzo si riferisce alla memoria o alle periferichePort mapped I/O: comunicazione tra microprocessore e periferiche tramite linee dedicateExtended I/O: uso di un dispositivo hardware, detto Parallel I/O (PIO), che si interfaccia con il microprocessore tramite bus o porta
1313
Interfacciamento (2/2)Interfacciamento (2/2)
PollingVerifica ciclica di tutte le unità di Input/Output
tramite test dei bit di stato associati ad ogni perifericaInterrupt
Messaggio, inviato dalla periferica al microprocessore, che indica la disponibilità di un nuovo dato da leggereDirect Memory Access (DMA)
DMA controller
1414
Tecnologie programmabili Tecnologie programmabili (1/2)(1/2)
Programmable Logic Array (PLA)Programmable Array Logic (PAL)Generic Array Logic (GAL)Complex Programmable Logic Device (CPLD)
1515
Tecnologie programmabili Tecnologie programmabili (2/2)(2/2)
Field Programmable Gate Array (FPGA)Configurable Logic Block (CLB)Input/Output Block (IOB)Interconnessioni
1616
Metodologia di progettoMetodologia di progetto
Procedura seguita per il progettoTop-downBottom-up
Modello del sistemaApplicazione di tecniche di scheduling, HW/SW codesign, ...SimulazioneSintesi (HW) / compilazione (SW)Implementazione fisica