Chapitre III conception matériel
III.6.7. Circuit logique programmable « FPGA » :
Un circuit logique programmable, ou réseau logique
programmable, est un circuit intégré logique qui peut être
reprogrammé après sa fabrication.
Il est composé de nombreuses cellules logiques
élémentaires librement assemblables.
La plupart des grands FPGA modernes sont basés sur des
cellules SRAM aussi bien pour le routage du circuit que pour les blocs logiques
à interconnecter.
FPGA jouant le rôle de coprocesseur afin de proposer des
accélérations matérielles au processeur.
Quelques fonctionnalités particulières disponibles
sur certains composants :
· blocs de mémoire supplémentaires (hors des
LUT), souvent double-port, parfois avec mécanisme de FIFO,
· multiplieurs câblés (coûteux à
implémenter en LUT),
· coeur de microprocesseur enfoui (dit hard core),
· blocs PLL pour synthétiser ou resynchroniser les
horloges,
· reconfiguration partielle, même en cours de
fonctionnement,
· cryptage des données de configuration,
· Sérialiseurs / désérialiseurs
dans les entrées-sorties, permettant des liaisons série
haut-débit, impédance contrôlée numériquement
dans les entrées-sorties, évitant de nombreux composants passifs
sur la carte.
III.6.8. Unité centrale de traitement (Central
processing unit « CPU ») :
Le processeur, (ou CPU, Central Processing Unit, «
Unité centrale de traitement » en français) est le composant
essentiel d'un ordinateur qui interprète les instructions et traite les
données d'un programme.
La vitesse de traitement d'un processeur est encore parfois
exprimée en MIPS (million d'instructions par seconde) ou en
Mégaflops (millions de floating-point operations per second) pour la
partie virgule flottante, dite FPU (Floating Point Unit). Pourtant,
aujourd'hui, les processeurs sont basés sur différentes
architectures et techniques de parallélisation des traitements qui ne
permettent plus de déterminer simplement leurs performances. Des
programmes spécifiques d'évaluation des performances (benchmarks)
ont été mis au point pour obtenir des comparatifs des temps
d'exécution de programmes réels.
C'est le processeur qui apporte aux ordinateurs leur
capacité fondamentale à être programmés, c'est un
des composants nécessaires au fonctionnement de tous les types
d'ordinateurs, associés aux mémoires primaires et aux dispositifs
d'entrée/sortie. Un processeur construit en un seul circuit
intégré est communément nommé microprocesseur,
à l'inverse, certains fabricants ont développé des
processeurs en tranches, dans ce cas les fonctions élémentaires
(ALU, FPU, séquenceur, etc.) sont réparties dans plusieurs
circuits intégrés spécialisés.
L'invention du transistor en 1947 a ouvert la voie de la
miniaturisation des composants électroniques et le terme d'unité
centrale (CPU) est utilisé dans l'industrie électronique
dès le début des années 1960 (Weik 1961). Depuis le milieu
des années 1970, la complexité et la puissance des
microprocesseurs n'a cessé d'augmenter au-delà
de tous les autres types de processeurs au point qu'aujourd'hui les termes de
processeur, microprocesseur ou CPU, s'utilisent de manière
indifférenciée pour tous les types de processeurs.
Les processeurs des débuts étaient conçus
spécifiquement pour un ordinateur d'un type donné. Cette
méthode coûteuse de conception des processeurs pour une
application spécifique a conduit au développement de la
production de masse de processeurs qui conviennent pour un ou plusieurs usages.
Cette tendance à la standardisation qui débuta dans le domaine
des ordinateurs centraux (mainframes à transistors discrets et
mini-ordinateurs) a connu une accélération rapide avec
l'avènement des circuits intégrés. Les circuits
intégrés ont permis la miniaturisation des processeurs dont les
dimensions sont réduites à l'ordre de grandeur du
millimètre. La miniaturisation et la standardisation des processeurs ont
conduit à leur diffusion dans la vie moderne bien au-delà des
usages des machines programmables dédiées. On trouve les
microprocesseurs modernes partout, de l'automobile aux téléphones
portables, en passant par les jouets pour enfants.
III.7. Conclusion :
L'évolution de la conception matérielle des
systèmes embarqués présente l'avantage d'une
intégration plus poussée qui va dans le sens des besoins en
miniaturisation de ces systèmes mobiles. En revanche, le
développement de ces systèmes fortement intégrés
présente de nouvelles difficultés : à la différence
des systèmes sur cartes où un prototype de chaque sous
système pouvait être réalisé et testé
séparément au fur et à mesure du développement, un
SoC destiné à une cible ASIC doit avoir été
développé entièrement avant de pouvoir être mis sur
silicium. Le coût de fonderie d'un ASIC en faible quantité est en
effet trop élevé pour qu'un prototype de chaque sous
système soit réalisé.
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