System-on-Chip-Design ARM-Prozessor und Altera-FPGA vereint

Redakteur: Holger Heller

Konfigurierbare SoC-FPGAs ermöglichen als 28-nm-Single-Chip-Lösung nun Embedded-Systeme mit reduzierter Boardfläche, Leistungsaufnahme und Kosten – bei gleichzeitig höherer Leistungsfähigkeit. Wie das geht, lesen Sie hier.

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Altera bietet ab der zweiten Hälfte des nächsten Jahres ARM-basierte SoC-FPGAs an, die eine Logik-Fabric der 28-nm-FPGAs Cyclone V oder Arria V zusammen mit einem Dual-Core ARM Cortex-A9 MPcore-Prozessor vereinen. Außerdem sind in der Single-Chip-Lösung noch Speicher-Controller mit ECC (Fehlerkorrekturcode), Peripherie und breitbandige Datenkommunikationsverbindungen integriert.

Beim Design mit den SoC-FPGAs können sich Entwickler auf die ARM-Entwicklungsumgebung mit Software-Tools, Debuggern, Betriebssystemen, Middleware und Applikationen stützen. Darüber hinaus lässt sich der SoC-FPGA-Designflow von Altera nutzen, um kundenspezifische ARM-basierte Systeme zu entwickeln.

Chris Balough, Senior Director Product Marketing Embedded Processing bei Altera, führte aus: „Damit lassen sich Embedded-Systeme mit reduzierter Boardfläche, geringerer Leistungsaufnahme und Kosten realisieren. Gleichzeitig erhöht sich die Performance für Anwendungen in der Industrie, Automobilelektronik, Video-Überwachung, der drahtlosen Kommunikationsinfrastruktur und Computer- bzw. Speichertechnik.“

Bis zu 4000 DMIPS bei weniger als 1,8 W Leistungsaufnahme

Die Cyclone V und Arria V SoC-FPGAs von Altera verfügen über einen Dual-Core ARM Cortex-A9 MPCore-Prozessor mit 800 MHz, eine NEON Media Processing Engine, eine Gleitkommaeinheit mit einfacher/doppelter Genauigkeit, L1- und L2-Caches, ECC-geschützte Speichercontroller und Speicher sowie umfangreiche Peripherie.

Das Prozessorsystem kann bis zu 4000 DMIPS bei weniger als 1,8 W liefern. Prozessorsystem und FPGA-Fabric werden unabhängig voneinander versorgt und können in beliebiger Reihenfolge konfiguriert und gebootet werden. Einmal im Betrieb, kann der FPGA-Anteil bei Bedarf ausgeschaltet werden, um Systemverlustleistung zu sparen.

Das ARM Cortex-A9 MPCore-Prozessorsystem und das FPGA sind über Datenpfade mit hohem Durchsatz verbunden, die bis zu 125 GBit/s Bandbreite mit integrierter Daten-Kohärenz bieten. „Diese Performance kann mit einer Zwei-Chip-Lösung nicht erreicht werden“, so Balough, „ein integrierter SoC-FPGA-Chip ermöglicht es Board-Entwicklern auf externe I/O-Pfade für die Verbindung zwischen Prozessor und FPGA zu verzichten, was wiederum die Systemverlustleistung reduziert.“

Die SoC-FPGAs im Detail

Die SoC-FPGAs basieren auf dem 28-nm-Produktportfolio von Altera, das für verschiedene Power-, Performance- und Kosten-Anforderungen ausgelegt ist. Dabei kommen verschiedene Prozess- und Transceiver-Technologien, I/O-Ressourcen oder Hard-IP zum Einsatz. Mit Einführung der Cyclone V und Arria V SoC-FPGAs werde das Angebot für den Embedded-Markt erheblich erweitert, so Balough.

Die Bausteine basieren auf einem stromsparenden 28-nm-Prozess (28LP). Sie beinhalten Embedded-Transceiver mit 5 bzw. 10 GBit/s. Die FPGA-Fabric enthält auch DSP-Blöcke mit variabler Genauigkeit sowie zwei hardwaremäßige ECC-Speichercontroller. Die Cyclone V SoC-FPGAs bieten bis zu 110K Logikelemente (LEs). Sie eignen sich z.B. für neue Industrieantriebe, Fahrerassistenzsysteme oder zur Video-Überwachung.

Lesen Sie weiter: Entwicklungsumgebung für SoC-FPGAs

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