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4.1 Atmel Os FPGAs da família AT40K foram especialmente projetados para suportarem Cache Logic, que é uma técnica para construir sistemas e lógica adaptáveis, permitindo reconfigurar parte do dispositivo sem interromper a operação da lógica remanescente. Num sistema de Cache Logic somente as por- ções da aplicação que estão ativas em um dado momento realmente estão implementadas no FPGA, enquanto funções inativas são armazenadas externamente numa memória de configuração. Se novas funções se fazem necessárias, as antigas são sobrescritas, como mostrado no diagrama da Figura 4.1. Este procedimento aproveita-se da latência funcional inerente a muitas aplicações - em qualquer tempo dado, somente uma pequena proporção da lógica está de fato ativa. Ou seja, funções podem ser substituídas em tempo de execução no FPGA, enquanto o sistema continua a operar [ATM00]. Figura 4.1: Diagrama da Cache Logic, onde cores armazenados em memória configuram o FPGA em tempos diferentes. 4.1.1 Implementação da Cache Logic 56
A implementação do Cache Logic é conceitualmente semelhante à organização de caches em subsistemas de memória [ATM00a]. No cache de memória uma memória de velocidade mais rápida (normalmente uma SRAM) é utilizada para armazenar os dados ativos, enquanto um maior volume de dados reside numa memória de menor custo, tais como DRAM, EPROM ou disco magnético, etc. Cache Logic trabalha de forma semelhante. Na Cache Logic somente uma pequena porção do circuito - aquelas funções que são nela carregadas - estão ativas no sistema num dado momento, enquanto as funções não utilizadas permanecem numa memória de custo mais baixo. À medida que novas funções são requeridas, elas podem ser carregadas na Cache Logic, substituindo ou complementando a lógica já presente. A habilidade de implementar Cache Logic requer do FPGA a capacidade de ser reconfigurado dinamicamente. Outro requisito é a simetria da arquitetura. Isto é necessário para tornar possível o posicionamento arbitrário de blocos genéricos, em uma localização que esteja disponível no momento necessário. Existem dois tipos de Cache Logic: predeterminada e dinâmica. A primeira envolve o uso de funções predeterminadas, gravadas numa memória externa não volátil (EPROM, por exemplo). Essas funções são previamente roteadas e posicionadas, e o arquivo de configuração correspondente a elas foi previamente gerado. A implementação dessas funções é previamente controlada por um gerencia- dor residente na Cache Logic. Novas funções devem ser carregadas na Cache Logic em background, sem promover uma parada na operação da cache. O segundo tipo de Cache Logic, dinâmica, é a base para construção de um hardware evolutivo. Cache dinâmico envolve a determinação da lógica, posicionamento e roteamento, geração do arquivo de configuração, e configuração da Cache Logic em tempo de execução. Os principais aspectos abrangidos no desenvolvimento dessa capacidade incluem o escalonamenteo e alocação de funções, coleta de lógica aleatória e detecção de colisão. 4.1.2 FPSLIC De acordo com a tendência em desenvolver sistemas que integrem lógica programável, memória e processador genérico em um único dispositivo (SoC), com a possibilidade de desenvolvimento de soluções integradas de hardware e software, a ATMEL produziu o FPSLIC (Field Programmable System Level Integrated Circuits). O FPSLIC é um dispositivo que integra em um único chip o core de um processador AVR de 8 bits (RISC) que atua como controlador capaz de processar até 30 MIPS (Figura 4.2-a), um FPGA AT40K para o bloco de dados (Figura 4.2-b), um multiplicador em hardware (Figura 4.2-c), controladores de memória e de configurações, e 32K de memória SRAM (Figura 4.2-d) - tudo no mesmo CI. A Figura 4.2 ainda mostra detalhes do FPGA, como a presença de memória a cada setor de células programáveis 57
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Agradecimentos Um trabalho extenso
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