Υλοποίηση δυναμικά επαναδιαμορφούμενου ενσωματωμένου συστήματος σε τεχνολογία FPGA

Abstract

Διανύοντας την τρίτη δεκαετία της ζωής τους, τα FPGA αποτελούν σήμερα μια τεχνολογικά ώριμη πλατφόρμα, η οποία όχι μόνο χρησιμοποιείται στην ταχεία ανάπτυξη πρωτοτύπων αλλά επιπλέον είναι δυνατό αντικαταστήσει τα ASIC ολοκληρωμένα κυκλώματα που χρησιμοποιούνται σε εμπορικά προϊόντα. Σημαντικό ρόλο στην υιοθέτηση των FPGA συνετέλεσε η βελτίωση τους στους βασικούς παράγοντες όπου η τεχνολογία των ASIC υπερτερούσε, δηλαδή στη χωρητικότητα σε πύλες, στην ταχύτητά τους καθώς και στην κατανάλωση ισχύος. Παρόλο τα FPGA εξακολουθούν να υπολείπονται των ASICs, η χρήση του έφερε στο προσκήνιο τα πλεονεκτήματά τους, όπως το σχεδόν μηδενικό κόστος αρχικής υλοποίησης (NRE), την ταχύτητα στην παραγωγή λειτουργικού συστήματος καθώς και τη δυνατότητα επαναπρογραμματισμού τους. Η τελευταία είναι πολύ σημαντική καθώς επιτρέπει εκ των υστέρων αλλαγές και τροποποιήσεις σε ένα κύκλωμα, κάτι που στα ASIC δεν είναι εφικτό. Προχωρώντας ένα βήμα παραπέρα, κάποια FPGA προσφέρουν τη δυνατότητα να γίνεται μεταβολή μέρους της λειτουργικότητάς τους κατά τη διάρκεια της λειτουργίας τους έτσι ώστε κάποιο τμήμα του FPGA να αλλάζει λειτουργικότητα χωρίς να επηρεάζεται το υπόλοιπο. Η δυνατότητα αυτή ονομάζεται Δυναμική Επαναδιαμόρφωση και δημιουργεί νέο πεδίο εφαρμογών στο FPGA επιτρέποντας για παράδειγμα τη δημιουργία συστημάτων που προσαρμόζονται δυναμικά στις συνθήκες του περιβάλλοντος τους ή διορθώνουν μόνα τους προβλήματα που εμφανίζονται κατά τη λειτουργία τους. Στην παρούσα εργασία μελετάται η Δυναμική Επαναδιαμόρφωση και παρουσιάζεται η διαδικασία υλοποίησής της σε ένα Ενσωματωμένο Σύστημα. Στόχος είναι να φανούν τα συγκριτικά πλεονεκτήματα που μπορεί να προσφέρει η χρήση δυναμικής επαναδιαμόρφωσης σε σχέση ,ε την συνηθισμένη στατική υλοποίηση αλλά και να εντοπιστούν τα μειονεκτήματα της συγκεκριμένης διαδικασίας.