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
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Abstraktion und Automation mit VSI

Der DFX-Designprozess ist hierarchisch angelegt, mit einer Bottom-up-Synthese. Rekonfigurierbare Module werden außerhalb ihres Kontextes, mit unverändertem statischem Teil des Designs, synthetisiert. In der VSI-Designumgebung wird DFX durch spezielle prset-Blöcke ermöglicht. Durch die Anordnung dieser Blöcke in derselben Hierarchie wie die anderen Verarbeitungsblöcke informiert der Entwickler das Tool, dass diese Funktionen sich gegenseitig ausschließen und in derselben Hardware-Region ausgeführt werden müssen.

Das VSI-Tool abstrahiert und vereinfacht einen großen Teil der Komplexität bei der Systementwicklung mit DFX. Nachdem der Anwender die funktionalen Code-Blöcke festgelegt hat, die sich gegenseitig ausschließen, und diese im VSI als solche bezeichnet hat, erzeugen die Tools das Xilinx Vivado Design (Bild 2). In der Automotive-Applikation nach Bild 1 enthält der konfigurierbare Teil des Designs entweder die Tachometer- oder die Objekterkennungs-Algorithmen. Der feste Teil des Designs arbeitet kontinuierlich weiter, ohne Berücksichtigung des gewählten Algorithmus. Die Entkoppler dienen dazu, den konfigurierbaren Bereich so abzugrenzen, dass der feste Teil während der Reprogrammierung geschützt ist.

Die konfigurierbaren Regionen müssen auf einen vordefinierten physischen Bereich innerhalb der programmierbaren Logik eingegrenzt werden, sodass die Place-and-Route Tools im Back End die partielle Firmware für die unterschiedlichen Algorithmen erzeugen können. Normalerweise erfordert es eine detaillierte Kenntnis des Bausteins, um die Bereichs-Constraints zu generieren. Doch mit VSI durchsucht das Tool die Datenbasis des Bausteins und erstellt die Bereichs-Constraints für das angestrebte Design automatisch.

Schließlich erzeugt das VSI-Tool auch die gesamte erforderliche Software und Treiber für den Baustein, um den Bereich der partiellen Rekonfiguration beim laufenden Betrieb des Systems zu laden und nachzuladen. Wenn der Haupt-Steuerblock eine Read/Write-Anforderung zum Umschalten der rekonfigurierbaren Region initiiert, trennt die VSI Runtime den rekonfigurierbaren Bereich ab, lädt die korrekte Firmware und verbindet den Bereich wieder mit dem übrigen FPGA. Alles dies geschieht transparent für die Applikation des Anwenders.

VSI übernimmt außerdem die Erstellung der in der Vivado-Schaltung lokalisierten Runtime-Funktion, um die DFX-Kommunikation zu steuern, und sorgt für die Abtrennung und Reprogrammierung des Bereichs. Die Runtime entsteht parallel mit dem Design der austauschbaren Funktionen und der unterstützenden FPGA-Schaltung. Das stellt sicher, dass die Runtime korrekt ausgelegt und sofort nach dem Abschluss der FPGA-Entwicklung einsetzbar ist.


  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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