Programowanie FPGA

Kurs programowania C (np. 0800-JPRO)

przedmiot obligatoryjny

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli ( godz.):

- udział w laboratorium – 45

Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta ( godz.):

- przygotowanie do zajęć - 15

- przygotowanie do kolokwium - 20

Łącznie: 80 godz. (3 ECTS)

W1: Posiada wiedzę z zakresu architektury i programowania układów programowalnych FPGA – K_W01, K_W02

W2: Posiada wiedzę pozwalającą na zrównoleglenie algorytmu i jego implementację w strukturze FPGA układu Zynq za pomocą środowiska Vivado oraz Vivado HLS - K_W05

W3: Posiada wiedzę pozwalającą na napisanie i implementacje kodu w języku C na procesor ARM wchodzący w skład układu Zynq - K_W05

W4: Zna historię rozwoju, stan obecny oraz trendy rozwojowe układów FPGA - K_W02

U1 – Potrafi zastosować posiadaną wiedzę do analizy i reformułowania algorytmów na układy programowalne – K_U01

U2 – Analizuje wydajność algorytmu, jego „wąskie gardła” oraz potrafi dokonać krytycznej oceny przydatności układu programowalnego Zynq do przetwarzania danych K_U04, K_U05

U3 – Wykorzystuje dokumentacje techniczną i potrafi samodzielnie uzupełnić swoją wiedzę podczas tworzenia kodu K_U09

K1 - Umie krytycznie oceniać swoje umiejętności i szybkość programowania - K_K01

K2 – Posiada umiejętność prowadzenia dyskusji na temat wydajności proponowanych rozwiązań implementacyjnych, potrafi precyzyjnie zadawać pytania – K_K01

Metody dydaktyczne podające:

- pogadanka

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

- wykład konwersatoryjny

Metody dydaktyczne poszukujące:

- ćwiczeniowa

- laboratoryjna

- pogadanka
- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład konwersatoryjny

- ćwiczeniowa
- laboratoryjna

Zajęcia poświęcone są efektywnemu programowaniu nowoczesnych układów programowalnych Zynq firmy Xilinx. Przedstawione zostanie środowisko programistyczne Vivado, tworzone będą bloki funkcjonalne IP, w szczególności tworzone one będą za pomocą języka wysokiego poziomu HLS (składnia języka C). Studenci nauczą się programować procesor ARM wbudowany w układ oraz poznają metody komunikacji pomiędzy procesorem a układem programowalnym za pomocą Magistrali AXI oraz interfejsu ogólnego przeznaczenia. Nauczą się także wykorzystywać gotowe IP producenta na przykładzie bloku FFT.

Coraz bardziej złożone numerycznie zadania stawiane nowoczesnym systemom wbudowanym (ES – embedded systems) wymagają coraz wydajniejszych rozwiązań w budowie podzespołów elektronicznych. Jednym z nich jest rodzina układów programowalnych o nazwie Zynq produkowanych przez Xilinx. Ich główną zaletą jest wbudowanie w jeden scalony układ elektroniczny mikroprocesora ARM Cortex A9 wraz z układem programowalnym. Takie rozwiązanie pozwala na zredukowanie opóźnień w przesyłaniu danych pomiędzy tymi układami (w stosunku do rozwiązań, które posiadają dwa odrębne układy) i pozwala na uzyskanie wyższych wydajności przetwarzania danych.

Program zajęć:

- Architektura układów Xilinx Zynq 7000.

- Środowisko Vivado.

- Bloki funkcjonalne IP

- Programowanie układu FPGA i procesora ARM

- Debugowanie i symulacje kodu

- Magistrala AXI

- Przesyłanie danych z wykorzystaniem DMA

- Implementacja IP filtrującego sygnał

- Implementacja algorytmu mnożenia macierzy

- Wykorzystanie modułów IP dostarczonych przez producenta na przykładzie FFT

Literatura podstawowa:

1. Louise H. Crockett, Ross A. Elliot, Martin A. Enderwitz, Robert W. Stewart, “The Zynq Book, Embedded Processing with the ARM® Cortex®-A9 on the Xilinx® Zynq®-7000 All Programmable SoC”, www.zynqbook.com

2. Louise H. Crockett, Ross A. Elliot, Martin A. Enderwitz, David Northcote, “The Zynq Book Tutorials”, www.zynqbook.com/download-tuts.html

Metody oceniania:

kolokwium- W1, W2, W3, W4, U1, U2, U3, K1, K2

Kryteria oceniania:

Laboratorium: zaliczenie na ocenę na podstawie dwóch kolokwiów

ndst – <50%

dst- 50% - 59%

dst plus- 60% - 69%

db- 70% - 79%

db plus- 80% - 89%

bdb- >=90%

nie dotyczy