Cours FPGA 02/01/2014
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Ce document aborde l’architecture moderne des FPGA et notamment la technologie SOPC (system on programmable chip). Cette
technologie SOPC permet d’associer des structures électroniques matérielles (IPCORE) avec des systèmes microprogrammés
logiciels (softcore ou hardcore) au sein d’un FPGA. On s’attardera plus particulièrement aux solutions apportées par XILINX grâce à
ces architectures que sont les FPGA de la famille VIRTEX, SPARTAN, ZYNQ.
Avant de détailler ces nouvelles architectures il convient de faire un comparatif entre ASIC et FPGA
1) La solution ASIC ou FPGA ?
Les anciennes architectures programmables offrent une flexibilité d’utilisation et de programmation élevée. Toutefois elles pâtissent
de leurs performances moyennes (consommation d’énergie élevée et/ou bien puissance de calcul relativement faible). Les
architectures matérielles dédiées implantés sous la forme de circuits ASIC offrent des performances optimales. Les circuits ASIC sont
des circuits intégrés non programmables conçus pour des besoins spécifiques. Toutefois elles sont peu flexibles, nécessitent de long
processus de développement et de mise en production.
L’avènement des architectures SOPC et les progrès technologiques sur les FPGA a permis de réduire l’écart de performance entre
ASIC et FPGA. Le graphe ci-dessous nous donne cette évolution des FPGA
2) L'Evolution des FPGAs
En outre les FPGA ont connu dans cette dernière décennie au-delà du concept SOPC une évolution considérable sur plusieurs
niveaux.
Ces améliorations se traduisent sous forme d’une augmentation du nombre et de la taille des ressources logiques, l’apparition des
opérateurs arithmétiques complexes pour le traitement du signal, des modules de mémoire (RAM), des blocs matériels dédiés, des
éléments de gestion de l’horloge, des entrées/sorties configurables et même des structures microprogrammés. Prenons par exemple le
cas de la famille Virtex-5 de Xilinx, les circuits FPGA peuvent intégrer des blocs matériels dédiés au traitement du signal (DSP bloc ),
au stockage d’informations (block RAM ), aux communications à haut débit (PCI express ) ainsi que des coeurs de processeurs (PPC
power pc ).
Pour Le développement des systèmes numériques complexes certaines sociétés proposent sur le marché des modules connus sous le
nom de modules IP (Intellectual Property ou IP, fonctions mathématiques : DCT, FIR, interfaces bus : PCI, RapidIO, coupleurs divers
: UART, HDLC. . . ).
Toutefois ces approches sont souvent sous optimales à cause des problèmes d’interfaçage des IPs.
L’ensemble de ces ressources permet la conception de systèmes complexes.
SOPC