Tesina di Ricerca in “Sistemi a Microprocessore”
PROTOTIPIZZAZIONE
RAPIDA DI SCHEDE
eseguita da Marco Lamolinara - mat.0000244339
C.L.S. Ing.Elettronica – percorso f. dell’Automazione
• COS’ E’ UN PROTOTIPO?
Si intende con prototipo la prima implementazione del sistema (embedded)
che si desidera realizzare
• PERCHE’ COMVIENE REALIZZARLO ?
Il prototipo consente la valutazione della qualità e l’affidabilità del progetto
Sul prototipo è possibile eseguire correzioni e debug
Sul prototipo si possono valutare costi, tempi di ciclo, risposta del mercato
• QULI SONO LE DIFFICOLTA’ DI REALIZZAZIONE ?
Realizzare un prototipo completamente funzionante può essere
- COSTOSO
- LUNGO in termini di tempo
- MOLTO DIFFICILE
Per questo vengono introdotte delle tecniche per realizzare rapidamente prototipi
funzionanti, le così dette tecniche di …
… PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
ARGOMENTI TRATTATI IN QUESTA TESINA:
1)
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA DI
SCHEDE STANDARD
IN AMBITO DI
PROGETTO
2)
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA DI
SCHEDE DEDICATE
3)
PROCESSI DI PRODUZIONE RAPIDA
DEI PROTOTIPI
IN AMBITO
INDUSTRIALE
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE STANDARD
Si fa uso di schede il cui HW è già definito
La realizzazione del prototipo dipende esclusivamente dalla realizzazione del SW
PCI 6527
DAQ PAD
SCHEMA DI PROTOTIPIOZZAZIONE
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE STANDARD
Il software di prototipizzazione visionato è l’ UNISIM:
VANTAGGI
•Costituito secondo lo standard IEC61131-3
•Approccio object-oriented
•Linguaggi utilizzabili: Sequential Funtional Chart
e Ladder Diagram
•Manipola file in formato XML
•Consente validazione con HIL (Hardware in the
Loop), FT (Fault Tolerance)
•Consente rapido debug a tutti i livelli del progetto
•Consente simulazione rapida
•Consente visualizzazione segnali e stato durante
i test
•Non esiste la compilazione  modifiche ‘in corsa’
•Concesso in licenza GPL
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE STANDARD
Il software di prototipizzazione visionato è l’ UNISIM:
SVANTAGGI
•Velocità limitata di campionamento
•Consigliato solo per sistemi soft real-time
•Timers dipendenti dal clock del sistema HOST
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE DEDICATE
La prototipizzazione interessa sia lo sviluppo
del HW che del SW
Processo più lento e più complesso…
E’ consigliato adoperare la tecnica di progetto
comunemente definita come co-design.
Progettazione concorrente di HW\SW
Verifica Formale
Simulazione
Emulazione
FLUSSO DI CO-DESIGN
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE DEDICATE
Esempi trattati:
•Prototipizzazione rapida basata su moduli di FPGA
•Prototipizzazione rapida basata su moduli misti DSP ed FPGA
•Prototipizzazione rapida basata su moduli misti microprocessori ed FPGA
•Prototipizzazione rapida tramite strumento virtuale
•Prototipizzazione rapida basata su schede prototipali
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE DEDICATE
•Prototipizzazione rapida basata su moduli di FPGA  HDK-0501
Soluzione che comprime al minimo l’HW necessario
PROPRIETA’
•Dotata di interfaccia Ethernet
•Dotata di FPGA Xilinx,
modello XC2E200E-6PQ208C
[5000 flip-flop +
5000 gate logici generali]
•Alimentazione a a 5V – 700mA
•Dotato di SW di programmazione
interattivo
COSTO ~ 500$
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE DEDICATE
•Prototipizzazione rapida basata su moduli di FPGA  HDK-0501
Soluzione che comprime al minimo l’HW necessario
ALTRE INFORMAZIONI
•Richiede ISE della Xilinx, vs 6.1
•Richiede PC HOST dotato di
processore Pentium a 500MHz
•Richiede SO Windows
SOFTWARE DI SUPPORTO
•Supporta macchina a stati
•Permette operazioni real-time
•Compilatore VHDL molto
semplice
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE DEDICATE
•Prototipizzazione rapida basata su moduli misti DSP ed FPGA  Ptolemy+SMT363
Conviene dividere il processo di prototipizzazione in HW e SW, attribuendo a due
strumenti diversi la procedura di design
SW  Ptolemy
HW  SMT363-XC2
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE DEDICATE
•Prototipizzazione rapida basata su moduli misti DSP ed FPGA  Ptolemy+SMT363
Freeware sviluppato dalla Berkley Univ.
SW  Ptolemy
Consente sia la programmazione in VHDL
del HW standard…
…che la compilazione in C e C++ del SW.
CARATTERISTICHE
•Programmazione actor-oriented
•Strumento di altissimo livello
per il co-design prototipale
•Consente una partizione ottimale
con studio dello spazio di soluzione
•Supporta Linux e Windows
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE DEDICATE
•Prototipizzazione rapida basata su moduli misti DSP ed FPGA  Ptolemy+SMT363
Piattaforma HW programmabile
composta da:
•Processore ARM7
•DSP TMS3206713 a 225MHz
•Modulo FPGA Xilinx VirtexII
modello XC2V1000
•TIM global connector
(compatibile standard TIM)
•16MB SDRAM (su ARM7)
+ 16MB SDRAM (su DSP)
+ 8MB Flash
•Linea Erthernet
COSTO ~ 2000$
HW  SMT363-XC2
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE DEDICATE
•Prototipizzazione rapida basata su moduli misti microprocessori ed FPGA
 Progetto FAST (Flexible Architecture for Simulation & Test)
Progetto della Standford Univ. in grado di minimizzare notevolmente i tempi di
prototipizzazione
SCHEMA ARCHITETTURALE
IMPLEMENTAZIONE
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE DEDICATE
•Prototipizzazione rapida basata su moduli misti microprocessori ed FPGA
 Progetto FAST (Flexible Architecture for Simulation & Test)
La piattaforma HW programmabile contiene:
•8 mod XCV1000 (2 per tile)
•4 MIPS R3000 (1 per tile)
•4 MIPS 3010 (1 per tile) – modulo FPGA
•8 mod XC2V6000 (costituenti HUB)
•16 blocchi SRAM L1 (4 per tile) – tot 64MB
•16 blocchi SRAM L2 (unico complesso) – tot 64MB
•Blocco Flash (dimensione variabile)
•Periferiche IO
Consente velocità max ~ 200MHz
Elaborazioni multi-thread e multi-processore
Datapath ottimizzati a 32bit
IMPLEMENTAZIONE
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE DEDICATE
•Prototipizzazione rapida basata su moduli misti microprocessori ed FPGA
 Progetto FAST (Flexible Architecture for Simulation & Test)
E’ stati sviluppato un SW per la programmazione del
sistema FAST
Questo comprende:
•Compilatore VHDL (FASTVAL)
•Tool per debug e simulazione
•Gestore interfacce I\O (circa 6500 pin)
•Benchmark suite contenente 10 funzioni per il test
delle prestazioni
•Tool di design TPL (Thread Parallel Level)
IMPLEMENTAZIONE
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE DEDICATE
•Prototipizzazione rapida tramite strumento virtuale  CoMET 6
Simulatore completamente virtuale sviluppato dalla VaST
Meno preciso delle soluzioni con HW base, ma molto più economico
CARATTERISTICHE
•Consente elaborazione di sistemi multy-core
•Conforme allo standard OSCI IEEE 1666
•Dispone di tool per il calcolo del consumo di potenza
•Dotato del framework Eclipse (supportato da IBM, Intel, Nokia e WindRiver)
•Dispone di compilatore HDL per design di HW
•Dotato di interfaccia grafica per la simulazione e debug VPE (permette visione
con sistema a blocchi, descrizione gerarchica e diagramma ad albero)
•Supportato da Windows e Linux
PROTOTIPIZZAZIONE RAPIDA
DI SCHEDE DEDICATE
•Prototipizzazione rapida basata su schede prototipali  Moduli Parallax
Supporti digitali con classica struttura ‘a mille fori’ per assemblaggio temporaneo
delle componenti
BasicStamp #27905
•Morsetti per batterie 9V
•Basetta I\O
•Porta Seriale
SCHEDA ‘MILLE FORI’
CLASSICA
BasicStamp #27120
•Autoparlante 500-8kHz
•Rete RC per DO
•Potenz.Magn. per AI
•Connettori a 6 Vac\
9Vcc
•Supporto per PIC
PROCESSI DI PRODUZIONE RAPIDA
DEI PROTOTIPI
Insieme di tecniche volte alla realizzazione rapida e (possibilmente) a costi contenuti
dei prototipi su schede stampate
ProtoMat S62
ProtoLaser 100
PROCESSI DI PRODUZIONE RAPIDA
DEI PROTOTIPI
Insieme di tecniche volte alla realizzazione rapida e (possibilmente) a costi contenuti
dei prototipi su schede stampate
ProtoMat S62
ProtoLaser 100
•Collegamento a PC via USB
•SW di supporto fornito
•10 punte di scrittura
•Compatibilità con gerber
•Consigliato per schede RF
•Diametro laser 25 µm
•In grado di perforare ceramiche
metallizzate, PTFE, FR3, FR4…
•Compatibiltà con gerber, HPLG, DXF …
PRECISIONE: 0.4 mm
COSTO: 18000$
PRECISIONE: 25 µm
COSTO: ??? (ancora non definito)
CONCLUSIONI
Esistono tecniche di prototipizzazione rapida per ogni tipo di
soluzione embedded desiderata
La scelta del sistema prototipale dipende sempre dai manager
che presiedono le decisioni di produzione
Le tecniche di prototipizzazione sono fortemente dipendenti
dalle specifiche di progetto