Dış işlemcilerin FPGA kaynaklarını kullanımı

Abstract

Alanda programlanabilir kapı dizileri (FPGAler) çeşitli mantık dizgilerini uygulamak için kullanılan cihazlardır. FPGAler içerisinde kaynak olarak bazı bileşenler bulundurur. FPGA içerisindeki sistemler çeşitli bağlantı metotları kullanarak diğer sistemlerle bağlantı kurabilirler. Çalışmamızın amacı her bir işlemci sistemi ile kullanılacak alt sistemlere ayrılmış özel tasarım FPGA sistemi kullanarak bu sistemler arasında bağlantı sağlamaktır. Özel tasarım FPGA sistemimiz 5 alt sistem içermektedir. İç D tipi flip-flopları bellek olarak kullanan bir sistem, uygun seriyi okuyamadığında reset komutunu aktifleştiren bir güvenlik zamanlayıcısı, dahili Xilinx analog-sayısal çevirici (XADC) ve iki girişli 32-bitlik onaltılık hesap makinesi olarak çalışan bir MicroBlaze işlemcisi alt sistemler olarak kullanılmak üzere seçilmişlerdir. Çeşitli işlemci sistemleri her bir alt sistem ile özel üretim bir taşıyıcı kartı üzerinde birbirlerine bağlanmıştır. 8-bit, 16-bit, 32-bit ve 64-bit olmak üzere 4 işlemci sistemi seçilmiştir. İlk 2 işlemci sistemleri herhangi bir işletim sistemi kullanmazken son 2 işlemci sistemleri gerçek zamanlı işletim sistemi ile standart işletim sistemi kullanmaktadır. Uygulamalar işlemci sisteminin ve FPGA kaynaklarının kullanım sayılarına göre sınıflandırılmış; minor, peripheral, equivalent ve major olarak isimlendirilmişlerdir. Ayrık FPGA sistemi yerine FPGA çip üzerindeki sistem (SoC) kullanımının avantajları ve dezavantajları listelenip karşılaştırmalar yapılmıştır.

Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) are devices that are used for realizing various logic designs. Each FPGA contains various components as resources to achieve this realization. Systems within FPGAs can also be interfaced with other systems by using various connection methods. The aim of our study is to interface various external processors with a custom-made FPGA system that contains a custom subsystem for each processor. Our custom-made FPGA system contains 5 different subsystems. A system that uses internal D Flip-Flops as memory, a sequenced watchdog timer where reset state will be activated if correct input has not been received, internal Xilinx Analog-to-Digital converter (XADC) and a MicroBlaze processor acting as a two input 32-bit hexadecimal calculator. Various external processor systems are interfaced with each subsystem on a custom-made carrier board. An 8-bit, 16-bit, 32-bit and 64-bit processor systems have been chosen to be used. Former processor systems are utilized without an operating system (OS), where latter processor systems use a real-time operating system (RTOS) and a standard OS respectively. Each of the processor system and subsystem utilizations are called applications. Applications are categorized depending on how much processor system and FPGA resources are used, named; minor, peripheral, equivalent and major. Advantages and disadvantages of using a FPGA system on chip (SoC) instead of discrete FPGA system are listed and compared.