Hardware-software Co-design

Hardware-Software Codesign

Jan Genoe

KHLim

Hardware-software Co-design

Jan Genoe KHLim

Versie: maandag 10 juli 2000

Pagina 1


Jan Genoe

KHLim

Wat is HW/SW Co-design

• Traditioneel design: – De verdeling tussen de HW en de SW gebeurt bij het begin en beiden worden onafhankelijk ontwikkeld

• Verweven co-design – flexibele ontwerpstrategie waarbij de SW/HW ontwikkeld wordt in parallel en waarbij er frequent interactie en feedback is tussen beiden. – De uiteindelijke SW/HW verdeling wordt gedaan na een evaluatie van de verschillende voor- en nadelen.



Jan Genoe KHLim

Pagina 2


Jan Genoe

KHLim

Co-design • Co-design is een trade-off tussen – kost – ontwerptijd – prestaties

CPU

Pure software

Co-design

Algemene code: software Kritische code: hardware



Aangepaste hardware

Pure hardware

Jan Genoe KHLim

Pagina 3


Jan Genoe

KHLim

Co-design

Co-design

CPU

Aangepaste hardware

Pure software

Algemene code: software Kritische code: hardware

Pure hardware

goedkoop snel ontworpen gewone prestaties

duurder redelijk vlug ontworpen betere prestaties

zeer duur zeer lange ontwerptijd excellente prestaties



Jan Genoe KHLim

Pagina 4


Jan Genoe

KHLim

Real-time vereisten voor embedded systems

• Typische toepassingen voor Co-design zijn embedded systems: – consumer elektronica, consumer producten (wasmachines, …), automobiel-industrie (ABS, injectie controle, ... ), process controllers, communicatie producten, ...

• Deze real-time systemen kunnen we opdelen in: – Harde real-time systemen » gewenste timing moet exact kloppen anders loopt alles mis. – Zachte real-time systemen » ongenoegen van de gebruiker neemt toe naarmate de vertraging groter is



Jan Genoe KHLim

Pagina 5


Jan Genoe

KHLim

Co-simulatie: wat en waarom?

• Als zowel hardware als software samen ontwikkeld worden, moeten deze ook samen gesimuleerd kunnen worden. – Software: C – Hardware: VHDL

• Tool: – CoWare – ...



Jan Genoe KHLim

Pagina 6


Jan Genoe

KHLim

Voorbeeld 1: een firewall • Doel – voorkomen dat data ongewenst een bedrijf verlaat of binnenkomt

• Design opties – Volledig software: traag maar zeer flexibel » een PC met 2 netwerkkaarten » de programmatuur verifieert de binnenkomende data en stuurt ze dan door – Volledig hardware: snel maar niet meer te veranderen » wat als iemand deze firewall kraakt? » Wat als er een bug in zit? – Combinatie HW/SW



Jan Genoe KHLim

Pagina 7


Jan Genoe

KHLim

Voorbeeld 2: hoge snelheid digitale modem • Vele complexe signaal processing algoritmes worden toegepast op de data – – – –

adaptieve equalizers Viterbi decoders FFT …

• Al deze algoritmes kunnen onmogelijk in SW uitgevoerd worden wensen we de maximale snelheid te bekomen • Alles in HW levert een veel te grote IC op. • … dus co-design



Jan Genoe KHLim

Pagina 8


Jan Genoe

KHLim

Aanpak van de tijdskritische delen

SW

SW

+

HW

Samen

Tijdskritisch deel

Tijdskritisch deel

c Hardware-software Co-design


c

VHDL Jan Genoe KHLim

Pagina 9


Jan Genoe

KHLim

Aanpak van de tijdskritische delen

• Bestaande processor (of ontwerp) wordt gebruikt voor het basisalgoritme op uit te voeren • Nieuwe HW (met nieuwe instructies) wordt gebruikt voor de kritische taken • Interface tussen HW en SW moet voorzien worden



Jan Genoe KHLim

Pagina 10


Jan Genoe

KHLim

Werkwijze

• Beschrijf eerst het gehele systeem in C++ • Herwerk de signalen zodat ze compatible zijn met VHDL • Selecteer de delen die in HW moeten gerealiseerd worden. • Synthetiseer • simulatie / emulatie • debug



Jan Genoe KHLim

Pagina 11


Jan Genoe

KHLim

Goed co-design • Zorg dat hardware kan aangepast worden door de software – bypass van een bug – veranderen van de systeemspecificaties » nieuwe componenten die toegevoegd worden aan het systeem » componenten die vervangen worden door andere componenten

• Dit kan dan wel zorgen voor een verlaging van de maximale prestaties.


Jan Genoe KHLim

Dit kan gebeuren door de extra hardware te implementeren als één (of een aantal) extra instructies. Wanneer dan de uitvoering toch anders moet gebeuren, worden die instructies niet meer opgeroepen.


Pagina 12


Jan Genoe

KHLim

emulatie • Vaak een attractief alternatief – Hardwaremodel wordt gedownload naar één (of vele) SRAM gebaseerde FPGA – Software wordt gedownload naar RAM geheugen

• Voordelen – 5 grootteordes sneller dan co-simulatie – laat toe van het systeem te booten en echte applicaties te laten lopen – voorziet reeds een systeem om SW te ontwikkelen voor de HW gebouwd wordt.



Jan Genoe KHLim

Pagina 13

Hardware-software Co-design

Recommend Documents