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Metodologie per la realizzazione hardware di specifiche di sistema descritte in Occam

Informazioni tesi

  Autore: Simona Bernardi
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 1996-97
  Università: Politecnico di Milano
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Elettronica
  Relatore: Donatella Sciuto
Coautore: Andrea Bottiroli
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 281

I sistemi dedicati rappresentano la classe di sistemi progettati per applicazioni specifiche, generalmente realizzati con tecnologia digitale e spesso di piccole dimensioni. Tali sistemi sono solitamente orientati al controllo e alla elaborazione di dati forniti da altri apparati ai quali sono collegati. L'architettura di un sistema dedicato è di tipo eterogeneo, includendo un processore sul quale viene eseguito il software ad alte prestazioni, e alcuni moduli hardware dedicati che interagiscono con l'ambiente esterno e con il processore. La tecnologia attuale permette di realizzare, per sistemi di piccole dimensioni, un singolo ASIC (Application Specific Integrated Circuit) con logica dedicata, il microprocessore per il controllo e le parti di interfacciamento con i segnali derivanti dall'ambiente. Dato l'utilizzo finale a cui sono destinati i sistemi dedicati, è indispensabile riuscire ad ottenere un buon compromesso tra i costi dovuti alle componenti hardware e le prestazioni fornite dal software.
Per raggiungere soluzioni ottimali di integrazione tra i vari componenti che costituiscono il sistema sarebbe necessario esplorare un numero notevole di configurazioni architetturali. Tuttavia la forte competizione del mercato costringe a completare in tempi rapidi la realizzazione di un sistema, forzando i progettisti a fermarsi non appena viene raggiunto un raffinamento accettabile delle specifiche con processori più veloci e memorie più grandi del necessario. Inoltre, lo studio e l'analisi di un sistema embedded vengono effettuate nella primissima fase di progettazione, dopodiché lo sviluppo della parte software e della parte hardware procedono parallelamente ma senza una significativa interazione, con problemi notevoli nella fase finale di integrazione.
Da quanto detto risulta chiara la necessità di un nuovo flusso di progettazione che utilizzi metodologie e strumenti in grado di evitare i problemi legati ad uno sviluppo non integrato delle parti hardware e software, fornendo la possibilità di una progettazione concorrente e la valutazione di soluzioni differenti di allocazione delle funzionalità nelle due partizioni, oltre alla simulazione dell'intero sistema e alla valutazione dei costi di implementazione prima della realizzazione finale.
Il co-design ha come scopo l'unificazione della progettazione hardware e software ad un unico livello di astrazione, prescindendo dalla reale tecnologia implementativa e permettendo l'acquisizione delle funzionalità dell'intero sistema (co-specifica). Inoltre fornisce un'alta flessibilità nell'allocazione delle risorse (partizionamento), la possibilità di ottimizzare la specifica del sistema tramite una ristrutturazione basata sul calcolo di metriche statiche e dinamiche e la verifica delle funzionalità del sistema tramite la simulazione ad alto livello o la co-simulazione delle sezioni hardware e software sintetizzate.
Il lavoro di tesi affronta le problematiche legate alla sintesi delle sezioni hardware. In particolare vengono presentate due strategie alternative di sintesi hardware che si basano su architetture circuitali differenti. Tali strategie sono state sviluppate in modo da poter essere facilmente integrate nel flusso di sviluppo di sistemi dedicati realizzati in un ambiente di progettazione concorrente hardware-software e gli algoritmi ideati sono stati implementati in C++. Viene inoltre affrontato lo studio della valutazione della bontà di tali strategie e, nell'ultima parte, viene presentato un confronto tra le due soluzioni, attraverso l'implementazione di un sistema reale.

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1 Introduzione Introduzione La condizione necessaria perch� testi, immagini statiche o video, voci e dati possano viaggiare sulle reti � che siano in formato digitale. Nell�era delle reti, dunque, molti dispositivi di uso comune tendono a diventare digitali. Ma la digitalizzazione della societ� non avviene solo perch� le informazioni possano essere trasmesse in rete; la qualit� delle immagini riprese da una fotocamera digitale, per esempio, � particolarmente buona e queste, inoltre, possono essere archiviate su dischetto ed elaborate. Negli ultimi anni la percentuale dovuta alle componenti elettroniche digitali sul valore totale di molti strumenti di uso comune (ad esempio autovetture, telefoni, videoregistratori) � andata notevolmente aumentando e si prevede che la crescita continuer� anche nell�immediato futuro. Nel caso degli elettrodomestici �bruni� quali hi-fi, radiosveglie, televisori, il contenuto elettronico raggiunge quote tra il 30% e il 40% del valore globale del prodotto, mentre quando si parla di piattaforme per videogiochi Nintendo o Sony Playstation la quota sale al 70-80%. Di questa convergenza tecnologica si stanno avvantaggiando i produttori di microprocessori e microcontrollori a 16, 32 e 64 bit. Una recente ricerca di mercato, effettuata dall�agenzia Dataquest e riportata da �Il Sole 24 ore�, ha rilevato che il mercato dei semiconduttori di ultima generazione, destinati all�elettronica di consumo, ha subito a fine �96 un aumento del 300% raggiungendo i 5,6 milioni di unit� consegnate. Per quest�anno il mercato si aspetta un ulteriore crescita del 50%, per arrivare ai 150 milioni di unit� da consegnare nel 2001. Questa tendenza, che � facilmente giustificabile se si considera che il rapporto costo/prestazioni di tali dispositivi � in continua diminuzione, ha inoltre consentito la capillare diffusione dell�utilizzo dei sistemi dedicati (Embedded Systems) nella progettazione di elettronica di consumo e nei settori delle telecomunicazioni e del controllo dei processi. I sistemi dedicati rappresentano la classe di sistemi progettati per applicazioni specifiche, generalmente realizzati con tecnologia digitale e spesso di piccole dimensioni. Tali sistemi sono solitamente orientati al controllo e alla elaborazione di dati forniti da altri apparati ai quali sono collegati. Spesso pi� sistemi dedicati coesistono all�interno della stessa applicazione, talvolta

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application specific integrated circuit
asic
behavioral synthesis
occam
progettazione hardware
sistemi dedicati

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