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Dynamic Function Exchange

Partielle Rekonfiguration spart Platz, Gewicht und Leistung

20. Februar 2020, 15:49 Uhr   |  Von Willard TU, Senior Director Automotive bei Xilinx, und Sandeep Dutta, CEO von System View

Partielle Rekonfiguration spart Platz, Gewicht und Leistung
© Xilinx

Bild 1. Steuerung und Bilddarstellung mit dynamisch rekonfigurierbarer Objekterkennung und Tachometer

Mit der DFX-Technologie von Xilinx können Entwickler die Funktionalität dynamisch ändern. Das erhöht die von FPGAs, Zynq-SoCs und den Versal-ACAP-Plattformen gebotene Flexibilität, senkt die Materialkosten – und mit einem neuen Designablauf wird die Schaltungsauslegung einfacher und schneller.

Es gibt diverse Möglichkeiten, DFX (Dynamic Function Exchange) zu nutzen. Anwender, die bereits in der Produktion sind, setzen DFX ein, um die Anzahl der erforderlichen Komponenten zu reduzieren und einen kompakteren Footprint ihrer Systeme zu erzielen. Indem sie nur die zu einem bestimmten Zeitpunkt erforderliche Funktionalität laden, können die Entwickler eine effizientere Nutzung des Siliziums realisieren, den Leistungsverbrauch reduzieren, die Upgrade-Fähigkeit ihrer Systeme verbessern und die Materialkosten verringern.

Vorteile für Automotive-Anwendungen

Automotive-Applikationen sind ideale Anwendungsfälle für DFX. So kann in einem ADAS (Advanced Driver Assistance System) eine einzige Komponente die Verarbeitung von Bildern und zugehörigen Sensordaten unter Verwendung derselben Kameras und Sensoren für eine Vielzahl von Fahrsituationen ausführen.

Beispielsweise kann bei geparktem Fahrzeug ein einziger ZynqUltraScale+-MPSoC-Baustein die Überwachung der Umgebung übernehmen und die zum Betrieb des Fahrzeugs legitimierten Fahrer identifizieren. Erst nach der Erkennung des Fahrers lässt sich das Fahrzeug starten. Nach dem Start initiiert der Wechsel des Getriebes vom Park-Status in den Rückwärtsgang die Änderung der Pre-Drive-Monitorfunktionen in solche für den Langsamfahr-Modus, ohne dabei andere erforderliche Funktionen oder den Betrieb des Bausteins zu beeinflussen. Diese Monitoring-Funktionen mit ihrer Verarbeitung der Daten aus der Rückfahrkamera und anderen Sensoren beim Einparken und langsamen Fahren werden nun dynamisch durch die Funktionen für den regulären Fahrbetrieb ersetzt.

Die Bewegung des Getriebehebels von Rückwärts- auf Vorwärtsfahren initiiert die Verlagerung der Verarbeitungsfunktionen von den Bild- und Sensordaten der Rückfahrkamera auf die Verarbeitung der Sensordaten der Frontkamera. Alle diese Änderungen werden ohne Reset oder Abschaltung des Systems ausgeführt. Dies geschieht innerhalb einiger zehn Millisekunden.

Ablauf der partiellen DFX-Rekonfiguration

Alle wichtigen Logik- und Routing-Ressourcen im FPGA einschließlich der Schaltungsblöcke für die konfigurierbare Logik, DSP-Elemente und Block-RAM lassen sich partiell rekonfigurieren. Dies kann durch ein Signal aus einer externen Schaltung geschehen, durch den System-Controller, durch die Logik, durch eine State Machine oder auch durch einen Soft- oder Hard-Prozessor im FPGA, Zynq SoC oder Versal Plattform.

Wie dies im laufenden Betrieb vor sich geht, wird am Beispiel eines FPGA verdeutlicht. Ein hardwarebasierter Controller zur partiellen Rekonfiguration, wie er im FPGA zur Verfügung steht, empfängt von der Applikation die Anforderung der benötigten Funktion und startet den Rekonfigurationsprozess. Dies umfasst das Abholen des passenden partiellen Bitstreams und dessen Weiterleitung an einen internen Zugangs-Port der Konfiguration. Das trennt den Bereich der dynamisch rekonfigurierbaren Logik ab, um zu verhindern, dass der Prozess der Rekonfiguration die übrige statische Logik des FPGA stört.

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1. Partielle Rekonfiguration spart Platz, Gewicht und Leistung
2. Viele Geräte profitieren von dynamischer Flexibilität
3. Abstraktion und Automation mit VSI

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