RISC EN FPGA
- Miguel Moreno- Sebastian Novoa- Diego Tarrifa
ÍNDICE
Introduction
Objetivo General
Objetivos específicos
Tema RISC en FPGA
Conclusiones
Referencias
01
introducción
Introducción
FPGA
RISC
El marco del diseño hardware ha visto un gran crecimiento durante las últimas décadas, tanto en la cantidad de transistores utilizados para realizar diseños cada vez más complejos, como en la reducción del tamaño de éstos, permitiendo agruparlos en circuitos integrados cada vez más pequeños. Uno de los avances que ha acercado el diseño de circuitos integrados a un público más general ha sido la aparición en 1984 de las FPGA: dispositivos programables en los que, hoy en día, se pueden implementar circuitos con millones de puertas lógicas. Ésta tecnología permite diseñar soluciones flexibles y fáciles de mantener para problemas concretos en la industria, y ayuda en el desarrollo profesional de estudiantes y aficionados.
En la década de los 70 nace una alternativa que posteriormente se introdujo en el mercado bajo el acrónimo RISC (reduced instruction set computing) el IBM 801 que empezó a crearse en 1975 fue diseñado por John cooki y es considerado el primer procesador RISC de la historia. creado con la finalidad de homogeneizar los diferentes computadores en los años 50 y 60. RISC buscó en los 70 mejorar el rendimiento con instrucciones más simples pero programas más largos y más difíciles de desarrollar, pero con la meta principal de incrementar el rendimiento del procesador. Consideradon las tres áreas principales a cubrir en el diseño del procesador 1. Aquitectura 2. Tecnologia de proceso 3. Encapsulado
02
objetivo general
Objetivo General
RISC
Explicar la arquitectura RISC- (Reduced Instruction Set Computer) "Computadora de Conjunto de Instrucciones Reducido" en español. dando a concocer su funcinamiento, caracteristicas, ventajas, desventajas y campos en los cuales se aplica.
03
objetivos específicos
Objetivos específicos
Caracteristicas fundamentales
1. intrucciones de tamaño fijo y presentadas en un reducido número de formatos. 2. Solo las intrucciones de carga de almacenamiento acceden a la memoria de datos
Caracteristicas internas
- Intrucciones de mismo tamaño (32 bits) y mismo formato. Facilita diseño en decodificador y control de ajuste de tiempos - Unidad de control cableada. Esto con el fin de mejorar la eficiencia - Pocos modos de direccionamiento de memoria. No al direccionamiento indirecto - Maximo un operando en memoria - Instrucciones de proceso ((ALU)suma (ADD), resta (SUB),cálculo de condición menor (SLT) y cálculo de condición menor sin signo (SLTU).). sólo con registos - operandos en memoria siempre alineados
04
Tema RISC en FPGA
¿Qué es RISC-V?
La arquitectura RISC-V fue desarrollada originalmente por un grupo de investigadores del Laboratorio de Computación Paralela (Par Lab) de UC Berkeley bajo acuerdos de financiación pública y privada. Se habían desarrollado versiones anteriores de RISC (I-IV) desde 1981. La primera implementación de hardware se creó en FD-SOI de 28 nanometros en 2011 para ilustrar los beneficios de una arquitectura tan abierta. Posteriormente se fundaría RISC-V y la especificación pasó a ser de dominio público bajo una licencia Creative Commons. Hoy en día, la fuente RISC-V se gestiona como un proyecto de software de código abierto.
+ INFO
Funcionamiento
1. las instrucciones se ejecutan en un cliclo de reloj. (funciones de entrada y salida para microcontroladores) 2. Las instrucciones tiene la misma longitud (Transformación de datos en un proceso secuencial, donde una entrada requiere una salida de otro proceso por medio de intrucciones aritmeticas simples) 3. Solamente las instrucciones de trasnferencia de datos usan memoria. 4. Las instrucciones se implementan mediante el Hardware del sistema y no por el microcódigo 5. Gran numero de registros para disminuir el acceso a memoria
Líneas de productos
FPGA Trion®
FPGA de Titanium
Tabla comparativa
Ventajas y Desventajas
Requiere más trabajo de programación: Puedes necesitar más código para hacer tareas complejas.
No es el mejor para tareas muy complejas: Puede tener un rendimiento inferior en tareas muy complicadas.
Necesita programación en hardware más detallada: Requiere más esfuerzo en la configuración.
No es adecuado para todas las aplicaciones: No es la mejor opción para todo tipo de proyectos.
Flexibilidad: Puedes reconfigurar el FPGA para hacer diferentes tareas, lo que lo hace versátil.
Velocidad: Es rápido para realizar tareas sencillas.
Menos consumo de energía: No gasta mucha energía, ideal para dispositivos portátiles.
Ocupa menos espacio: Puede integrar más funciones en un mismo chip.
50%
50%
VENTAJAS
DESVENTAJAS
¿En dónde se utilizan?
Electrónica de consumo
Comunicaciones
Las áreas de aplicación, ideales para implementaciones de FPGA basadas en RISC-V implican agregación de datos, procesamiento de baja latencia, operaciones en diversos flujos de datos (interfaces) e implementaciones de bajo consumo de energía.
Automatización Industrial
Dispositivos médicos
Aplicación en Televisores
Una arquitectura (RISC EN FPGA) puede desempeñar cosas como estas: - Control y gestión del televisor
- Procesamiento de señales de video
- Decodificación de formatos de medios
- Gestión de entradas y salidas
- Interfaz de usuario y aplicaciones
Play
05
conclusiones
Conclusiones
Los FPGA con arquitecturas RISC permiten actualizaciones de software y personalización, lo que facilita la incorporación de nuevas características o mejoras sin necesidad de cambiar el hardware principal del dispositivo, lo que es beneficioso tanto para los fabricantes como para los usuarios.
La combinación de una arquitectura RISC en un FPGA permite a los dispositivos, como los televisores, adaptarse a diferentes necesidades y estándares, lo que brinda flexibilidad y versatilidad a los fabricantes y a los usuarios.
El uso de una arquitectura RISC en un FPGA permite un alto rendimiento en tareas específicas y una eficiencia energética, lo que es beneficioso en aplicaciones donde se requiere un equilibrio entre el rendimiento y la duración de la batería.
La combinación de una arquitectura RISC en un FPGA se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, desde dispositivos médicos y sistemas embebidos hasta electrónica de consumo y comunicaciones, lo que demuestra su versatilidad en diferentes campos tecnológicos.
06
referencias
References
- "Computer Organization and Design" de David A. Patterson y John L. Hennessy, o "FPGA Prototyping by VHDL Examples" de Pong P. Chu.
- https://youtu.be/unERWj2lOvA?si=kUbz66rPw1-rUnlX
- https://www.digikey.com/en/maker/projects/introduction-to-fpga-part-11-risc-v-softcore-processor/f0511ddb538f444cae08f7bc43a74dcc#:~:text=RISC%2DV%20is%20an%20open,for%20a%20softcore%20processor%20implementation.
- https://www.efinixinc.com/blog/riscv-and-fpgas.html
- https://rid.unrn.edu.ar/bitstream/20.500.12049/8006/2/Implementaci%C3%B3n%20de%20softcore%20RISC-V%20en%20FPGA-%20Bertolo%2C%20Nicol%C3%A1s%20Luciano.%20Jalil%2C%20Leandro%20Andr%C3%A9s.%20Kromer%2C%20Tom%C3%A1s%20Mart%C3%ADn.pdf
- https://www.automaticaeinstrumentacion.com/texto-diario/mostrar/4102094/microchip-presenta-fpga-basadas-risc-v-soluciones-informaticas-espacio
- http://avelinoherrera.com/blog/index.php?m=12&y=21&entry=entry211220-153352
- https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2117/329221/151993.pdf?sequence=1&isAllowed=y
- https://docta.ucm.es/entities/publication/d64bedbb-a8c4-494b-8628-dd588ae914bd
En muchas de estas áreas, la FPGA desempeña el papel de acelerador, controlador de sistema o una combinación de estos roles. Las implementaciones RISC-V en una FPGA son excelentes aceleradores de aplicaciones específicas debido a la capacidad de seleccionar extensiones para una implementación específica. Las extensiones estándares y definidas por el usuario permiten crear un SoC (Security Operations Center) que puede actuar como controlador de host principal y acelerador en el mismo paquete.
Estos dispositivos incluyen interfaces integradas estándar y admitirán interfaces adicionales de alta velocidad necesarias en aplicaciones de alta computación. Los sistemas basados en RISC-V implementados en una plataforma Trion FPGA ofrecen la aceleración necesaria para optimizar dispositivos más pequeños para una alta computación con bajo consumo de energía. Las bibliotecas de desarrollo e IP disponibles en Efinix permiten que Trion FPGA se utilice como un procesador independiente o como un elemento informático o acelerador dedicado a una aplicación específica.
Habilidades técnicas
El estándar RISC-V ofrecen un importante grupo de capacidades técnicas que lo diferencian. La especificación está diseñada para usarse como una implementación independiente o extendida a aplicaciones específicas con instrucciones adicionales que un desarrollador desea crear una instancia.
- Modularidad
- Memoria
- Extensibilidad
- Aceleración
Estos dispositivos se basan en una arquitectura similar a la de los productos Trion con un soporte más amplio para interfaces de datos/memoria estándar, así como interfaces SerDes con alta velocidad de datos. La FPGA Titanium ofrece un mayor número de celdas lógicas e interfaces adicionales, lo que ofrece una mayor densidad de funciones que los productos Trion más pequeños. Esto hace que Titanium sea más adecuado para una implementación de SoC RISC-V, donde el dispositivo puede actuar como un controlador principal del sistema con periféricos integrados.
RISC EN FPGA
DIEGO ANDRES TARRIFA
Created on November 2, 2023
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Transcript
RISC EN FPGA
- Miguel Moreno- Sebastian Novoa- Diego Tarrifa
ÍNDICE
Introduction
Objetivo General
Objetivos específicos
Tema RISC en FPGA
Conclusiones
Referencias
01
introducción
Introducción
FPGA
RISC
El marco del diseño hardware ha visto un gran crecimiento durante las últimas décadas, tanto en la cantidad de transistores utilizados para realizar diseños cada vez más complejos, como en la reducción del tamaño de éstos, permitiendo agruparlos en circuitos integrados cada vez más pequeños. Uno de los avances que ha acercado el diseño de circuitos integrados a un público más general ha sido la aparición en 1984 de las FPGA: dispositivos programables en los que, hoy en día, se pueden implementar circuitos con millones de puertas lógicas. Ésta tecnología permite diseñar soluciones flexibles y fáciles de mantener para problemas concretos en la industria, y ayuda en el desarrollo profesional de estudiantes y aficionados.
En la década de los 70 nace una alternativa que posteriormente se introdujo en el mercado bajo el acrónimo RISC (reduced instruction set computing) el IBM 801 que empezó a crearse en 1975 fue diseñado por John cooki y es considerado el primer procesador RISC de la historia. creado con la finalidad de homogeneizar los diferentes computadores en los años 50 y 60. RISC buscó en los 70 mejorar el rendimiento con instrucciones más simples pero programas más largos y más difíciles de desarrollar, pero con la meta principal de incrementar el rendimiento del procesador. Consideradon las tres áreas principales a cubrir en el diseño del procesador 1. Aquitectura 2. Tecnologia de proceso 3. Encapsulado
02
objetivo general
Objetivo General
RISC
Explicar la arquitectura RISC- (Reduced Instruction Set Computer) "Computadora de Conjunto de Instrucciones Reducido" en español. dando a concocer su funcinamiento, caracteristicas, ventajas, desventajas y campos en los cuales se aplica.
03
objetivos específicos
Objetivos específicos
Caracteristicas fundamentales
1. intrucciones de tamaño fijo y presentadas en un reducido número de formatos. 2. Solo las intrucciones de carga de almacenamiento acceden a la memoria de datos
Caracteristicas internas
- Intrucciones de mismo tamaño (32 bits) y mismo formato. Facilita diseño en decodificador y control de ajuste de tiempos - Unidad de control cableada. Esto con el fin de mejorar la eficiencia - Pocos modos de direccionamiento de memoria. No al direccionamiento indirecto - Maximo un operando en memoria - Instrucciones de proceso ((ALU)suma (ADD), resta (SUB),cálculo de condición menor (SLT) y cálculo de condición menor sin signo (SLTU).). sólo con registos - operandos en memoria siempre alineados
04
Tema RISC en FPGA
¿Qué es RISC-V?
La arquitectura RISC-V fue desarrollada originalmente por un grupo de investigadores del Laboratorio de Computación Paralela (Par Lab) de UC Berkeley bajo acuerdos de financiación pública y privada. Se habían desarrollado versiones anteriores de RISC (I-IV) desde 1981. La primera implementación de hardware se creó en FD-SOI de 28 nanometros en 2011 para ilustrar los beneficios de una arquitectura tan abierta. Posteriormente se fundaría RISC-V y la especificación pasó a ser de dominio público bajo una licencia Creative Commons. Hoy en día, la fuente RISC-V se gestiona como un proyecto de software de código abierto.
+ INFO
Funcionamiento
1. las instrucciones se ejecutan en un cliclo de reloj. (funciones de entrada y salida para microcontroladores) 2. Las instrucciones tiene la misma longitud (Transformación de datos en un proceso secuencial, donde una entrada requiere una salida de otro proceso por medio de intrucciones aritmeticas simples) 3. Solamente las instrucciones de trasnferencia de datos usan memoria. 4. Las instrucciones se implementan mediante el Hardware del sistema y no por el microcódigo 5. Gran numero de registros para disminuir el acceso a memoria
Líneas de productos
FPGA Trion®
FPGA de Titanium
Tabla comparativa
Ventajas y Desventajas
Requiere más trabajo de programación: Puedes necesitar más código para hacer tareas complejas. No es el mejor para tareas muy complejas: Puede tener un rendimiento inferior en tareas muy complicadas. Necesita programación en hardware más detallada: Requiere más esfuerzo en la configuración. No es adecuado para todas las aplicaciones: No es la mejor opción para todo tipo de proyectos.
Flexibilidad: Puedes reconfigurar el FPGA para hacer diferentes tareas, lo que lo hace versátil. Velocidad: Es rápido para realizar tareas sencillas. Menos consumo de energía: No gasta mucha energía, ideal para dispositivos portátiles. Ocupa menos espacio: Puede integrar más funciones en un mismo chip.
50%
50%
VENTAJAS
DESVENTAJAS
¿En dónde se utilizan?
Electrónica de consumo
Comunicaciones
Las áreas de aplicación, ideales para implementaciones de FPGA basadas en RISC-V implican agregación de datos, procesamiento de baja latencia, operaciones en diversos flujos de datos (interfaces) e implementaciones de bajo consumo de energía.
Automatización Industrial
Dispositivos médicos
Aplicación en Televisores
Una arquitectura (RISC EN FPGA) puede desempeñar cosas como estas:- Control y gestión del televisor
- Procesamiento de señales de video
- Decodificación de formatos de medios
- Gestión de entradas y salidas
- Interfaz de usuario y aplicaciones
Play
05
conclusiones
Conclusiones
Los FPGA con arquitecturas RISC permiten actualizaciones de software y personalización, lo que facilita la incorporación de nuevas características o mejoras sin necesidad de cambiar el hardware principal del dispositivo, lo que es beneficioso tanto para los fabricantes como para los usuarios.
La combinación de una arquitectura RISC en un FPGA permite a los dispositivos, como los televisores, adaptarse a diferentes necesidades y estándares, lo que brinda flexibilidad y versatilidad a los fabricantes y a los usuarios.
El uso de una arquitectura RISC en un FPGA permite un alto rendimiento en tareas específicas y una eficiencia energética, lo que es beneficioso en aplicaciones donde se requiere un equilibrio entre el rendimiento y la duración de la batería.
La combinación de una arquitectura RISC en un FPGA se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, desde dispositivos médicos y sistemas embebidos hasta electrónica de consumo y comunicaciones, lo que demuestra su versatilidad en diferentes campos tecnológicos.
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referencias
References
En muchas de estas áreas, la FPGA desempeña el papel de acelerador, controlador de sistema o una combinación de estos roles. Las implementaciones RISC-V en una FPGA son excelentes aceleradores de aplicaciones específicas debido a la capacidad de seleccionar extensiones para una implementación específica. Las extensiones estándares y definidas por el usuario permiten crear un SoC (Security Operations Center) que puede actuar como controlador de host principal y acelerador en el mismo paquete.
Estos dispositivos incluyen interfaces integradas estándar y admitirán interfaces adicionales de alta velocidad necesarias en aplicaciones de alta computación. Los sistemas basados en RISC-V implementados en una plataforma Trion FPGA ofrecen la aceleración necesaria para optimizar dispositivos más pequeños para una alta computación con bajo consumo de energía. Las bibliotecas de desarrollo e IP disponibles en Efinix permiten que Trion FPGA se utilice como un procesador independiente o como un elemento informático o acelerador dedicado a una aplicación específica.
Habilidades técnicas
El estándar RISC-V ofrecen un importante grupo de capacidades técnicas que lo diferencian. La especificación está diseñada para usarse como una implementación independiente o extendida a aplicaciones específicas con instrucciones adicionales que un desarrollador desea crear una instancia.
Estos dispositivos se basan en una arquitectura similar a la de los productos Trion con un soporte más amplio para interfaces de datos/memoria estándar, así como interfaces SerDes con alta velocidad de datos. La FPGA Titanium ofrece un mayor número de celdas lógicas e interfaces adicionales, lo que ofrece una mayor densidad de funciones que los productos Trion más pequeños. Esto hace que Titanium sea más adecuado para una implementación de SoC RISC-V, donde el dispositivo puede actuar como un controlador principal del sistema con periféricos integrados.