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Mise en oeuvre de l'auto-reconfiguration partielle et dynamique sur FPGA Xilinx Virtex-II pro

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par Guy WASSI
Université Pierre et Marie Curie (Paris VI Jussieu) - Master informatique industrielle et systèmes automatisés 2005
  

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REMERCIEMENTS

Je remercie tout particulièrement Monsieur Amine Benkhelifa de m'avoir permis d'effectuer ce stage sous sa supervision, mais surtout pour son aide précieuse, sa disponibilité, et toute son expérience dont il a su me faire profiter tout au long de mon stage.

Je tiens à remercier également Monsieur Francois Verdier pour ses constants éclaircissements et sa disponibilité dont j'espère vivement n'avoir pas abusée.

Ma gratitude s'adresse également à Arthur Segard qui m'a soutenu au quotidien et qui a certainement subi plus que toute autre personne mes incessantes questions.

Je remercie également tous les autres membres du Laboratoire ETIS pour l'esprit de convivialité qui règne en son sein et qui a facilité mon intégration.

Je remercie enfin les membres du jury qui ont bien voulu assister à mon exposé.

1. INTRODUCTION

1.1 Le contexte

Les besoins sans cesse croissants des systèmes embarqués en puissances de calcul incitent à l'exploration de nouvelles architectures. En effet, pour palier aux limites des processeurs génériques ou spécifiques une solution est l'utilisation d'architectures dédiées comme accélérateurs matériels pour certaines tâches. Aujourd'hui, l'une des solutions semblent être la mise en oeuvre d'architectures alliant dans une moindre mesure la flexibilité des processeurs et la performance des circuits spécialisés ASICs1 : Ce sont des architectures reconfigurables. Cette approche est possible grâce aux avancées technologiques qui permettent d'une part la mise en oeuvre des SOCs (System-On-a-Chip, intégration sur une puce unique toutes les fonctionnalités de traitement numérique des informations telles que processeurs, DSP, mémoires, bus, blocs dédiés, etc...) et d'autre part de fabriquer des circuits programmables FPGAs de plus en plus denses et sophistiqués.

En effet, jusqu'alors essentiellement destinés au prototypage rapide des ASICs (à cause des limites dues à leur vitesse lente, leur coût et leur consommation élevés), l'utilisation des FPGAs comme ressource matérielle de calcul reconfigurable dynamiquement est aujourd'hui sérieusement envisagée. Dans cette optique, le projet ARDOISE2 par exemple a prouvé l'efficacité de la reconfiguration successive sur une même architecture de type FPGA des opérateurs d'une chaîne de traitement de flux vidéo.

Aujourd'hui, la densité croissante des FPGAs (jusqu'à 10 millions de portes...) et leur possibilité de reconfiguration rapide et dynamique ouvrent de nouvelles perspectives.

Des plateformes hétérogènes SOPC (System-On-a-Programmable-Chip) comme les produits Xilinx Virtex-II Pro ou Altera Excalibur-Arm intégrant des zones reconfigurables et des processeurs de traitement généralistes (PowerPC405 ou ARM920) permettent d'envisager la construction de systèmes auto-reconfigurables dynamiquement : le processeur de la puce provoquant lui-même la reconfiguration (partielle dans certains cas) du FPGA. Il devient ainsi tout à fait envisageable de mettre en oeuvre des architectures SOC hybrides dans lesquelles certaines tâches seraient implémentées matériellement et gérées suivant le modèle des tâches logicielles dans un OS (ordonnancement, commutation de tâches, préemption de tâches, etc...).

1 Application-Specific Integrated Circuit; circuit intégré optimisé pour une application spécifique.

2 ARDOISE Architecture Reconfigurable Dynamiquement Orientée Image et Signal,

Ce type d'architectures hybrides où les tâches s'exécuteraint sous forme matérielle et/ou logicielle offrirait d'une part une flexibilité supplémentaire et d'autre part permettrait l'utilisation de toutes les unités de calcul (Processeur, DSP, FPGA, etc.).

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