Симуляция высокоскоростных приёмопередатчиков с динамической реконфигурацией для ПЛИС Intel серии IV. Практика

Автор: iwaniwaniwan012

Введение

В прошлой статье ссылка. мы описали и подготовили всё, что необходимо для сборки TestBench.

Пора приступать от теории к практике. Начнём.

Создание пользовательской логики для IP ядер ALTGX_Reconfig и ALTPLL_Reconfig

Для перестройки скоростных характеристик нам необходимо:

• перестроить TX PLL

• перестроить RX и TX Channel

• сбросить RX и TX Channel

• проверить сигнал pll_locked, сигнализирующий то, что TX PLL функционирует в обычном режиме

• проверить сигнал rx_freqlocked, сигнализирующий о том, что RX функционирует в обычном режиме

Схема всего проекта будет следующая:

Описание компонентов:

• ALTGX — IP ядро RX/TX и встроенным TX PLL

• ALTGX_RECONFIG — IP ядро, преобразующее пользовательскую логику в служебный канал взаимодействия с ALTGX

• ALTPLL_RECONFIG — IP ядро, преобразующее пользовательскую логику в служебный канал взаимодействия с ALTGX

• ALTGX_RECONFIG_User_Logic — модуль, в функцию которого входит чтение MIF файла, находящегося в ROM и передача в ALTGX_RECONFIG

• ALTPLL_RECONFIG_User_Logic — модуль, в функцию которого входит чтение MIF файла, находящегося в ROM и передача в ALTPLL_RECONFIG

• PRBS9_Generator/Checker — модули формирования и проверки ПСП с полиномом G(x) = 1 + x^{5} + x^{9}

• Управление реконфигурацией — модуль взаимодействующий с пользовательской логикой ALTGX_RECONFIG_User_Logic и ALTPLL_RECONFIG_User_Logic

Подробно хочется описать алгоритм взаимодействия пользовательской логики с ALTPLL_RECONFIG и ALTGX_RECONFIG

ALTPLL_RECONFIG.Описание

Общий алгоритм следующий:

1. Отправить запрос к ALTPLL_RECONFIG о необходимости загрузки новых параметров из ROM

2. Соединить сигналы от нужного ROM к сигналам ALTPLL_RECONFIG, оно само изменяет адрес и отправляет запросы на чтение, нужно только правильно соединить сигналы

3. ROM у нас занимает 144 ячейки по 1 биту, и когда адрес дойдёт до 144, то в кэш ALTPLL_RECONFIG загружены новые параметры

4. Отправить запрос ALTPLL_RECONFIG о том, что мы хотим загрузить новые параметры из кэша ALTPLL_RECONFIG в ALTGX

5. Дождаться сигнала от ALTPLL_RECONFIG о том, что новые параметры загружены

6. Сброс TX PLL, встроенную в ALTGX, IP ядро ALTPLL_RECONFIG производит самостоятельно

7. Дождаться сигнала pll_locked = ‘1’ от ALTGX

ALTGX_RECONFIG. Описание

Общий алгоритм следующий:

1. Прочитать данные по адресу 0 из ROM и отправить запрос на запись в ALTGX_RECONFIG

2. Дождаться сигнала о том, что данные записаны и ALTGX_RECONFIG само изменяет адрес, по которому нам необходимо прочитать данные из ROM и отправить в ALTGX_RECONFIG

3. Повторить чтение и запись данных из ROM

4. Когда адрес дойдёт до 48 дождаться сигнала о том, что ALTGX_RECONFIG закончило перестройку ALTGX (взаимодействие ALTGX_RECONFIG и ALTGX происходит параллельно нашим запросам на запись)

5. Сбросить RX и TX Channel с использованием сигналов gxb_powerdown, rx_analogreset, rx_digitalreset, tx_digitalreset, установив их в ‘1’ на один такт

6. Дождаться сигнала rx_freqlocked = ‘1’ от IP ядра ALTGX

Симуляция

Симуляцию мы будем проводить в ModelSim 10.2c, скорость симуляции которого значительно превосходит ModelSim Altera Edition

Можно конечно всё собирать отдельно, но разработав все необходимые модули, включая весь TestBench, мы сделали .tcl файл, который:

• компилирует необходимые файлы всех необходимые компонентов из Quartus и добавляет их как библиотеки в проект

• компилирует созданные нами IP ядра ALTGX, ALTGX_RECONFIG, ALTPLL_RECONFIG

• компилирует разработанные нами модули, включая сам модуль TestBench

• запускает симуляцию с необходимыми параметрами

• добавляет необходимые сигналы для визуализации

Переходим в проект

cd «путь к проекту»

do ./scripts/setup.tcl

и наслаждаемся симуляцией =)

Визуализация работы ALTPLL_RECONFIG

Здесь мы наблюдаем загрузку параметров из ROM с использованием сигналов:

• write_from_rom — начальный запрос на запись из ROM в ALTPLL_RECONFIG

• rom_address_out — адрес по которому ALTPLL_RECONFIG ждёт данные из ROM

• rom_data_in — данные из ROM в ALTPLL_RECONFIG

• write_rom_enable — запрос на чтение от ALTPLL_RECONFIG в ROM

Далее, когда загрузка из ROM закончена, ALTPLL_RECONFIG начинает взаимодействие с ALTGX с использованием сигналов:

• scanclk — тактовый сигнал служебного канала

• scanclkena — разрешающий сигнал служебного канала

• scandata — данные служебного канала от ALTGX_RECONFIG к ALTGX

• scandataout — данные служебного канала от ALTGX к ALTPLL_RECONFIG

• scandone — данные о том, что взаимодействие между ALTGX и ALTPLL_RECONFIG

• configupdate — данные о том, что TX PLL перестроена на новые параметры

Визуализация работы ALTGX_RECONFIG

Здесь внимание стоит обратить на следующие сигналы, используемые для реконфигурации:

• write_all — запрос на запись от пользователя к ALTGX_RECONFIG

• reconfig_data — данный из ROM к ALTGX_RECONFIG

• busy — сигнал о том, что ALTGX_RECONFIG не готова обрабатывать запросы

• error — сигнал о том, что ALTGX_RECONFIG получила ошибочные данные и сбрасывается к стартовому состоянию

• reconfig_address_en — сигнал о том, что ALTGX_RECONFIG готова принимать данные (reconfig_address_out изменился)

• reconfig_address_out — сигнал от ALTGX_RECONFIG о том, по какому адресу из ROM ожидаются данные

• reconfig_fromgxb — служебный канал от ALTGX к ALTGX_RECONFIG

• reconfig_togxb — служебный канал от ALTGX_RECONFIG к ALTGX

Визуализация работы модулей ПСП

Здесь мы видим, что после перестройки сигнал check_data_err падает в ‘0’ и поднимается в ‘1’, когда происходит очередная перестройка

Запросы на перестройку происходят 1 раз в 2048 тактов, счётчик обнуляется после успешной перестройки, и дальше по кругу, пока симуляция не надоест =)

Послесловие

Хотели поделиться опытом симуляции IV поколения ПЛИС (в нашем случае Cyclone IV) с пошаговой инструкцией и полным практическим пособием. И я считаю, что у нас это получилось!

Собранный проект как обычно доступен в git по ссылке.

Кстати, если не хочется проводить симуляцию, но хочется посмотреть сам результат, то в git так же доступен файл wlf, в котором записаны все необходимые сигналы.

P.S. Как обычно вопросы и комментарии приветствуются =)