Altera Cyclone™ II

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
MO801 – Tópicos em Arquitetura e Hardware
Prof. Rodolfo Jardim de Azevedo
Altera Cyclone II
Juliano Medeiros Coimbra
juliano_coimbra@yahoo.com.br
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Introdução
Produzida para rápida disponibilidade e baixo custo
Baseada no feedback dos clientes da Altera
Trabalha com o software Quartus II (link no site da
disciplina)
Possui kits de desenvolvimento de hardware para
aumentar a velocidade de produção
Capacidade de expansão dos periféricos
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Introdução
Oferece 60% a mais de desempenho e ½ do consumo
de energia
Soluções de baixo custo em processamento embutido
(processador Nios II)
Solução de baixo custo para DSP:
Mais de 150 multiplicadores 18x18;
Mais de 1.1Mbit de memória embutida.
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Arquitetura
Bidimensional baseada em linhas e colunas
Interconexões entre blocos lógicos vetoriais (LABs), blocos
de memória e multiplicadores
Rede global de clock com mais de 4 PLLs (Phased Locked
Loops)
Blocos de memória M4K (dual-port, 260 MHz)
Blocos de multiplicadores (250MHz)
3 registradores por elemento de I/O (IOE), que são
localizados na periferia do dispositivo
Suporte para vários padrões de I/O, com entrada máxima
de 805 Mbps e saída máxima de 640 Mbps
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Arquitetura
Interface com dispositivos de memórias DDR, DDR2, SDR, SDRAM e
QDRII SRAM (acima de 167 MHz)
Diagrama da
Cyclone II EP2C20
Cyclone II Device Handbook, Volume 1, Altera, versão CII5V1-2.2
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Elementos Lógicos (LE)
Cyclone II Device Handbook, Volume 1, Altera, versão CII5V1-2.2
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LE – modos de operação
O Quartus II automaticamente ajusta o LE para o melhor
modo de operação
Modo NORMAL: apropriado para funções gerais da lógica e
funções de combinações (combinational functions)
Modo ARITMÉTICO: ideal para implementar contadores,
somadores, acumuladores e comparadores
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LE – modo normal
Cyclone II Device Handbook, Volume 1, Altera, versão CII5V1-2.2
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LE – modo aritmético
Cyclone II Device Handbook, Volume 1, Altera, versão CII5V1-2.2
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Blocos Lógicos Vetoriais (LAB)
Cada LAB possui:
16 LEs;
Sinais de controle;
Cadeias de carry dos LEs;
Cadeias de registradores;
Interconexões locais
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Blocos Lógicos Vetoriais (LAB)
Cyclone II Device Handbook, Volume 1, Altera, versão CII5V1-2.2
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LAB – sinais de controle
Dois clocks
Dois clock enables
Dois clears assíncronos
Um clear síncrono
Um load síncrono
Um máximo de sete sinais de controle de uma só
vez
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Interconexões MultiTrack
Tecnologia DirectDrive
Entre linhas
Entre colunas
Rotas do dispositivo
Em todas o Quartus II oferece melhoria de
desempenho e utilização
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Clock Global e PLLs
Mais de 16 redes de clock global
Mais de 4 PLLs
Seleção dinâmica da origem do clock
Enable e Disable dinâmicos
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Clock Global e PLLs
Cyclone II Device Handbook, Volume 1, Altera, versão CII5V1-2.2
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Clock Global e PLLs
Cyclone II Device Handbook, Volume 1, Altera, versão CII5V1-2.2
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Pinos de clock dedicados
Se não forem utilizados para alimentar a rede global
de clock, podem ser usados com outro propósito,
tomando o cuidado de não utilizar um registrador de
I/O, mas sim algum registrador do LE
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DPCLK[] e CDPCLK[]
Nos modelos menores existem apenas os DPCLK[]
Nos modelos maiores da FPGA existem os CDPCLK[]
(que passam por um multiplexador antes de
chegarem no bloco de controle de clock - atraso) e os
DPCLK[] que vão direto para o bloco de controle
Quartus II: Input Delay from Dual-Purpose Clock Pin to Fan-Out
Destinations
São pontos de entrada para sinais PCI e DQS, que
fazem interface com memórias externas
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Rede de clock global
Podem enviar sinais para o máximo de recursos que
a FPGA pode gerenciar sem exceder seu limite de
dissipação de energia (fan-out), ou seja,
praticamente todos os recursos podem ter esse sinal
como uma entrada
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Bloco de controle de clock
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Phase Locked Loops (PLLs)
Dividem ou multiplicam o clock
Deslocam o clock
Pode ter escolha manual do clock
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Memória M4K
Organizadas em colunas
Os registradores de saída podem ser ignorados,
mas os de entrada não
4608 bits de RAM
Buffer FIFO
Bits de paridade
Desempenho esperado: 250MHz
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Byte Enable
Memória M4K
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M4K: modos de operação
Single-port
Simple dual-port #(with mixed width)
True dual-port #(with mixed width)
Embedded shift register
ROM
FIFO Buffers
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Independent
Input/Output
Read/Write
Single
M4K: clocks
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M4K: interfaces
Cyclone II Device Handbook, Volume 1, Altera, versão CII5V1-2.2
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Blocos de multiplicadores
Desenvolvidos para funções de intenso DSP,
como:
FIT (finite impulse response)
FFT (fast Fourier transform)
DCT (discrete cosine transform)
Trabalha como:
Um multiplicador de 18 bits
Mais de dois multiplicadores independentes de 9 bits
Desempenho esperado: 250 MHz
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Multiplicadores: conexões
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Estrutura de I/O
Buffer bidirecional com 3 registradores de saída para
transferência de dados bidirecional
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Estrutura de I/O
Interface de tensão múltipla: a FPGA pode se ligar a
outros dispositivos com tensões diferentes
Pinos de I/O possuem utilizam os padrões de energia
LVPECL, LVDS, HSTL ou SSTL
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Sinais através do bloco de I/O
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I/O: interfaces com memórias
externas
167 MHz / 333 Mbps para DDR e DDR2 SDRAM
167 MHz / 667 Mbps para QDR II SRAM
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Configuração e teste
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Configuração e teste
A FPGA possui circuitos JTAG BST que
satisfazem os padrões da IEEE (1149.1)
Os dispositivos de JTAG também monitoram
a operação da lógica, aceitando vários
comandos JTAG
Também aceita AS e PS
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Hot-Socketing
A placa que contém a FPGA pode ser removida
durante o funcionamento do resto do barramento,
sem causar efeitos indesejados
Suporte para qualquer seqüência de ativação de
dispositivos
Sem ruídos no barramento durante a inserção da
placa
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Bibliografia
Cyclone II Device Handbook, Volume 1,
Altera, versão CII5V1-2.2
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