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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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2. FPGA, RECONFIGURATION DYNAMIQUE ET CONCEPTION DES SYSTEMES EMBARQUES

2.0 Introduction

Une architecture reconfigurable est une architecture dont les ressources (calcul, interconnexions, ...) peuvent être modifiées pour s'adapter à un traitement. Les FPGAs sont la parfaite illustration de la reconfigurabilite matérielle au niveau bit d'une architecture. Ces dernières années sont apparus des FPGAs reconfigurables dynamiquement et/ou autoreconfigurables. Aujourd'hui, la plupart des architectures ont un certain degré de reconfigurabilité.

La reconfiguration dynamique implique que le FPGA peut être partiellement reconfiguré sans perturber le fonctionnement continu du reste du composant qui n'a pas été reconfiguré. L'autoreconfiguration est une forme de reconfiguration dynamique. En effet, elle suppose l'implémentation du contrôle de la reconfiguration partielle du FPGA sur une partie de ses propres ressources. Ceci n'est possible que si l'intégrité de la logique de contrôle implémentée dans le FPGA est assurée durant la reconfiguration.

Par ailleurs, la croissance continue de la densité d'intégration des puces électroniques permet de concevoir aujourd'hui des systèmes électroniques entiers sur une seule puce. Cette avancée technologique profite au premier chef aux FPGAs qui en outre ont des fréquences de fonctionnement de plus en plus élévées, des consommations et des temps de reconfiguration en baisse constante. Tous ces atouts font aujourd'hui des FPGAs de serieux concurrents aux solutions « tout ASIC », avec la flexibilté en plus.

On parle de plus en plus de conception à base de FPGAs, d'où les acronymes SOPC (SystemOn-a-Programmable-Chip) et rSOC (reconfigurable-SOC) ; ceci implique clairement que l'utilisation des FPGAs ne se limite plus comme à ses débuts, au prototypage rapide des circuits ASICs.

La Figure 1 montre les deux approches qui prédomineront dans la conceptions des systèmes numériques sur une seule puce. L'approche SOC (System-On-a-Chip) qui consiste à intégrer sur une seule puce ASIC des composants hétérogènes, et l'approche SOPC (System-On-aProgrammable-Chip) qui consiste à implémenter presque tout le système entier sur une seule puce programmable de type FPGA. La première approche permet une plus grande diffusion, alors que la seconde apporte beaucoup plus de souplesse. La tendance aujourd'hui est davantage à la conception des circuits FPGAs intégrant des coeurs de processeurs (hard ou

soft) et autres blocs ASICs dediés au traitement numérique du signal (additionneurs, multiplieurs, Ram, etc...) et aux communications (I/Os).

Il est a noter également que le flot de conception des FPGAs s'est essentiellement appuyé sur celui largement eprouvé des ASICs.

Figure 1 : Exemple de Systèmes Embarqués [9]

Figure 2 : Evolution des systèmes électroniques [17]

Dans ce chapitre, nous présenterons la notion d'implémentation matérielle et/ou logicielle d'une application, puis le composant FPGA en nous focalisant sur le Virtex-II Pro, ensuite l'intérêt des architectures reconfigurables et les differents scénarii de reconfiguration.

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