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Embedded-Systeme Vereinfachung des IC-Prototypings Prototypenentwickler sollten einer wohldefinierten Methodik folgen Der Beitrag konzentriert sich auf ein spezielles Kapitel des FPGA-based-Prototyping-Methodology-Manual (FPMM), welches zusammenfasst, wie IC-Designs einfacher in Prototypen umgesetzt werden können, damit Prototyping einen wertvollen Beitrag für das IC-Team leistet. Das FPMM von D. Amos, R. Richter, A. Lesea und die begleitende Online-Community decken alle Aspekte des Prototypings ab, vom Projektbeginn bis zur Dokumentation, und führen unsere bewährten Methoden erstmals an einer Stelle zusammen. Autor: Doug Amos 56 elektronik industrie 03 / 2012 www.elektronik-industrie.de
Embedded-Systeme Das bekannte Motto „Ganz oder gar nicht“ ermahnt uns, beim Einsatz von Prototyping auf FPGA-Basis den Prototypenentwicklern dabei zu helfen, ihre Aufgabe auf bestmögliche Weise zu erledigen. Jedes Prototyping-Team geht die Aufgabe auf unterschiedliche Art und Weise an, mit verschiedenen Stärken und Schwächen in ihren Methoden. Durch die Sammlung bewährter Vorgehensweisen in einem von allen Seiten befürworteten Satz von Richtlinien und einer bewährten Methodik können wir die Ergebnisse und den Zeitplan des gesamten IC- Projekts verbessern. Wir nennen diese Richtlinien Design-for-Prototyping. Bild 1 präsentiert die Meinung von Lesern, die das FPMM bereits studiert haben. Auf die Frage nach dem Grund ihrer Prototypenentwicklung nannten die allermeisten die Verifikation des IC- RTL-Codes. Andere klare Vorteile sind die gemeinsame Softwareund Hardware-Validierung und die Unterstützung der Embedded- Software-Entwicklung selbst. Obwohl also Prototyping im eigentlichen Kern eine Aufgabe von Hardware-Ingenieuren ist, sind die Software-Ingenieure die hauptsächlichen Nutznießer. Dies macht Prototyping in heutigen Software-dominierten Anwendungen äußerst wichtig. Bild 1: Die am meisten genannten Vorteile des FPGA-basierten Prototypings. Bild: Synopsys Auf einen Blick Prototyping in Software-dominierten Anwendungen Mehr als 80 % aller ICs werden zunächst als Prototypen auf FPGA- Basis realisiert. Es spielt keine Rolle, ob es sich bei dem IC um ein ASIC, SoC oder ASSP handelt, ob es eine Digital- oder Mixed-Signal- Schaltung ist, oder ob es lediglich um ein Stück IP geht, welches eventuell in vielen unterschiedlichen IC-Entwürfen eingesetzt wird. Ungeachtet dessen ist der Wert des Prototyps auf FPGA-Basis der gleiche. Prototyping gibt uns einen frühzeitigen Einblick, wie der Baustein in der realen Umgebung, in Echtzeit und mit realer Software funktionieren wird. infoDIREKT www.all-electronics.de 516ei0312 Bild: Synopsys Bild 2: Wrapper zur besseren Portierbarkeit von Designs. Was ist Design-for-Prototyping? Design-for-Prototyping ist die Praxis, den Prototypen bereits frühzeitig im Entwurfsprozess zu berücksichtigen, sowie Vorgehensweisen und Entwurfstechniken zu etablieren, welche die Prototypenentwicklung vereinfachen. Design-for-Prototyping besteht aus zwei Arten von Richtlinien: technische und methodische. Die technischen Richtlinien beinhalten Vorschläge für RTL-Stil- und Entwurfstechniken, um den RTL-Code portierbarer zu halten. Die methodischen Richtlinien empfehlen Wege zur besseren Integration der Prototypenentwickler in das IC-Team. Erfahrene Entwicklerteams, die bereits einen gut dokumentierten und portierbaren Entwurfsstil pflegen, werden einige Richtlinien als offensichtlich oder gar trivial ansehen. Andere Richtlinien sind dagegen weniger intuitiv. Der Rest dieses Artikels behandelt Beispiele dieser Richtlinien. Vollständige Details hierzu sind im FPMM zu finden. In jedem Fall muss stets bedacht werden, dass es sich um den Entwurf eines ICs handelt und die FPGA-Version lediglich ein temporäres, wenngleich wichtiges Modell darstellt. Aus diesem Grund muss man sicherstellen, dass die Design-for-Prototyping-Richtlinien nicht den endgültigen IC-Entwurf beeinträchtigen. Was das Prototyping unterstützt, muss auch den IC-Entwurf insgesamt unterstützen. Tatsächlich ist Design-for-Prototyping eine Erweiterung der Entwurfspraktiken, wie sie im klassischen Reuse-Methodology-Manual aus dem Jahr 2001 definiert sind. Trennung und Vereinfachung der Taktnetze IC-Taktnetze sind oft sehr komplex, und es gibt in der IC-Taktgenerierungslogik gewöhnlich viel mehr Optionen, als für den FP- GA-Prototyp erforderlich sind. Beispielsweise ist die Skalierung der Taktfrequenz zur Einsparung von Verlustleistung im IC bedeutungslos für den Prototyp, weil FPGAs und der endgültige IC völlig unterschiedliche Verlustleistungsprofile besitzen. Wenn der Block zur Taktgenerierung und -verteilung des ICs vom Rest des Designs getrennt gehalten wird, ist es leichter, ihn an das FPGA anzupassen oder ihn durch ein FPGA-Äquivalent zu ersetzen. Auf jeden Fall sollte Logik ohne oder mit lediglich geringem Bezug zur Taktgenerierung außerhalb des Taktgenerierungsblocks angeordnet werden. Selbst wenn die IC-Taktstruktur sorgfältig dokumentiert ist, kann es schwierig sein, sie im FPGA zu implementieren, weshalb im Prototyp manchmal nur eine Untermenge aller Taktungsoptionen vorgesehen wird. Dies kann bereits in einem frühen Stadium des IC-Projekts entschieden werden. Einsatz von ATPG statt manueller Testlogik Dem IC wird Logik hinzugefügt, um seinen Test zu unterstützen. Dazu gehören Scan-Ketten und Takt-Multiplexer, welche die Komplexität des Taktnetzes erhöhen. Außerdem gibt es praktisch keinen Grund, diese Strukturen in einen FPGA-Prototyp zu integrieren, zumal dies unnötige Anforderungen an die FPGA-Taktres- www.elektronik-industrie.de elektronik industrie 03 / 2012 57
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