Слайд 1 - MES conference

Аппаратное ускорение
цифрового моделирования
Зайцев Виктор Сергеевич
zaicevvs@tut.by
Белорусский государственный университет
Кафедра математической кибернетики
«МЭС 2014»
1
Содержание
 Существующие решения
 Софт для моделирования
 Бюджетное решение
 Структура эмулятора
 Внешние порты
 Результаты
 Выводы
«МЭС 2014»
2
Существующие решения
 Фирма Altera - ALDEC HES 5,6,7
 Фирма Synopsys - Synopsys HAPS
 Фирма MentorGraphics - Veloce
До 2 млрд вентилей за $200к
без учета лицензии
$19995 – до 96 млн вентплей
от $500,000 с лицензией на ПО
«МЭС 2014»
3
Существующие решения
Преимущества:
 Готовое
решение, по
нажатию
нескольких
кнопок
 Интегрирование
в среду
моделирования
 Высокая
скорость
моделирования
Недостатки:
 Цена: 30К-1.5М $
 Софт для
моделирования
только от
производителя
плат
 Нет возможности
использовать
более дешевую
версию платы
«МЭС 2014»
4
Софт для цифрового моделирования
 Riviera-PRO™ (Aldec)
 NC-Sim®
 ModelSim®
 QuestaSim®
 VCS-MX®
(Cadence)
(MentorGraphics)
(MentorGraphics)
(Synopsys)
«МЭС 2014»
5
Прототип или модель
Время обработки одного такта в:
Модель
 Время вычисления
процессором
последовательно всех
операций описанных в модели




 Время на отрисовку сигналов
 Изменяется в зависимости от
сложности схемы
Прототип
Время максимальной
«задержки» комбинационной
части семы схемы
Время на передачу данных в
FPGA-прототип
Время одного периода
синхросигнала
Время на посылку данных
компьютеру
 Время на отрисовку сигналов
 Константное
«МЭС 2014»
6
Бюджетное решение
 Компьютер с ПО для моделирования
 Адаптер подключения компьютера к FPGA
 FPGA
Webpack + gnu gcc
От $30 до $1 к
~$25
«МЭС 2014»
7
Концепт ускорения моделирования
«МЭС 2014»
8
Доступные внешние порты
Порт
COM
LPT
Преимущества
Недостатки
Двунаправленный
Низкая скорость
Минимальная задержка
чтения/записи
передачи данных до
128 кБит/c
Двунаправленный
Скорость передачи
Минимальная задержка
данных до 2 МБайт/c
чтения/записи
Скорость передачи данных до
2 МБ/c
USB 2.0
Двунаправленный
Задержка операции
Скорость передачи данных до
чтения-записи 1 мс
480 МБит/c
«МЭС 2014»
9
Схема работы системы
на примере USB-адаптера
«МЭС 2014»
10
Результаты
COM
порт
LPT
порт(EPP)
USB (2.0)
адаптер FTDI232H
Минимальный
пакет данных
10 бит
8 бит
1 Байт
Максимальный
пакет данных
10 бит
32 бита
64 кБайт
Частота
128 кГц
2 МГц
60 МГц
Задержки между
пакетами в одном
направлении
-
-
240 мкс
Задержка между
функциями чтения и
записи
-
-
1 мс
Реальная скорость
передачи
12.8 кБайт/с
2 Мбайт/с
20.64 МБайт/с
Реальная скорость
обмена (запись-чтение)
6.4 кБайт/с
0.5 Мбайт/с
От 1 кБайт/с до
10.32 Мбайт/с
«МЭС 2014»
11
Результаты
Сумма
отправленных
и
полученных
сигналов
Частота, Гц
COM
порт
LPT
порт
USB
порт
16
6400
185000.0
500
32
3200
92500.0
500
128
800
23125.0
500
512
200
5781.2
500
1024
100
2890.6
500
4096
25
722.6
500
16384
6.25
180.6
500
32768
3.125
90.3
250
«МЭС 2014»
12
Выводы
 Созданы VHDL-модули для прошивки в FPGA, обеспечивающие




прием данных и передачу ответов в (из) компьютера через
COM/LPT/USB-порты. Для компиляции SystemC модуля
использовался gcc-4.5.0. Разработанные функции работают в
среде Linux (Suse12.3), QuestaSim 10.1b.
Разработаны программные модули на SystemC/C++ для посылки
приема данных при моделировании.
В ходе экспериментов были выявлены особенности работы
портов в режимах приема и отправки данных.
Произведена
оценка
производительности
портов
при
использовании
их
в
системе
аппаратного
ускорения
моделирования.
На основе оценок производительности портов и оценки скорости
выполнения моделирования на компьютере, используя модули
приема/передачи, можно реализовать бюджетный вариант
системы ускорения цифрового моделирования синхронных схем.
«МЭС 2014»
13
 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
«МЭС 2014»
14