Jaetun ja hajautetun muistin väyläadapteri HIBI ja Avalon rajapinnoille

Abstract

Multiple processor and peripheral systems are common in modern platforms and some are build in exercise works in TUT. One of the common processors is Altera corporation’s Nios. HIBI-DMA is a DMA that has been built to connect Nios II processor that comes with Avalon switch fabric to HIBI network. HIBI has been developed in TUT and is designed specially for FPGA-platforms. In this master’s thesis an adapter was developed to connect HIBI and Avalon networks. Adapter was written in VHDL with Emacs and tested in system with Nios II processors generated by Quartus II software. In addition Adapter’s effciency was tested by comparing it to HIBI-DMA block that has been developed earlier for similar use. HIBI-DMA requires a set of driver files and takes considerable amount of space compared to rest of the system. Adapter made in this thesis simplifies HIBI integration to Avalon interconnect. It also makes using the HIBI easier from software perspective since it doesn’t require separate drivers. Adapter is implemented in one file with about 500 lines of code. On chip Adapter uses approximately 300 logic elements (LE) which is about 15% of what HIBI-DMA uses. For software and other peripherals using Adapter is similar to any other local memory component. Adapter performance is better than HIBI-DMA in small transfers sizes of 10 words or less

Usean prosessorin ja kiihdyttimen järjestelmät ovat paljon käytettyjä eri tuotteissa ja myös Tampereen teknillisen yliopiston kursseilla toteutetaan harjoitustöissä tälläisiä systeemejä. Yleisesti käytetty, erityisesti yliopiston harjoitustöissä, on Nios-prosessori. Tätä varten on aiemmin kehitetty HIBI-DMA järjestelmä yhdistämään Nios-prosessorin mukana tuleva Avalon-väylä HIBI-väylään. HIBI on Tampereen teknillisellä yliopistolla kehitetty väylä täyttämään FPGA-piirien erityisvaatimuksia. Tässä työssä toteutettiin adapteri HIBI- ja Avalon-rajapintojen väliin. Adapterin toteutuksessa käytettiin VHDL-kieltä ja testauksessa käytettiin Quartuksella generoituja Alteran Nios II-prosessoreja, jotka käyttivät HIBIä kommunikointiin. Lisäksi arvioitiin adapterin tehokkuutta vertailemalla sitä samaan tarkoitukseen aiemmin toteutettua HIBI-DMA lohkoa. Toimiakseen prosessorin yhteydessä HIBI-DMA vaatii erilliset ajurit, joilla DMA:ta ohjataan. Lisäksi HIBI-DMA vie suhteessa muuhun systeemiin huomattavan määrän tilaa. Toteutettu Adapteri Yksinkertaistaa HIBIn liittämistä Avalon-väylään, sekä tekee järjestelmästä yksinkertaisemman käyttää ohjelmiston näkökulmasta, sillä se ei vaadi erillisiä ajureita. Adapterin VHDL-kielinen kuvaus on yhdessä tiedostossa, jossa on noin 500 riviä. Toteutettu Adapteri on kooltaan noin 300 logiikkaelementtiä (LE), joka on noin 15% HIBI-DMAn koosta. Lisäksi Adapterilla kaikkien muistien käyttö, johon se on liitetty HIBIn kautta, tapahtuu ohjelmakoodissa sekä laitteistokiihdyttimillä samoin kuin Avalonissa varrella olevan paikallisen muistin käyttö. Suorituskyvyltään Adapteri on HIBI-DMAta nopeampi pienissä alle 10 sanan operaatioissa