Aprovecha al máximo los puertos de E/S de préstamo en Cyclone V y Arria V SoCs

Índice

1. Introducción
2. Utilizando los puertos de E/S de préstamo
   • 2.1 Descripción de los puertos de E/S de préstamo
   • 2.2 Ejemplo de diseño utilizando los puertos de E/S de préstamo
3. Creación del sistema Qsys
   • 3.1 Configuración de los pines periféricos en el bloque HPS
   • 3.2 Generación del sistema Qsys
4. Diseño del nivel superior en Quartus
   • 4.1 Interfaz "hps_io"
   • 4.2 Interfaz "loan_io"
   • 4.3 Conexiones de los pines de préstamo utilizados
5. Compilación y análisis de tiempo estático
   • 5.1 Establecimiento de las restricciones de tiempo
   • 5.2 Análisis de las rutas de temporización
6. Conclusiones
7. Recursos adicionales

Utilizando los puertos de E/S de préstamo en dispositivos Cyclone V y Arria V SoC

Los puertos de E/S de préstamo en los dispositivos Cyclone V y Arria V SoC de Altera permiten reutilizar puertos que antes estaban dedicados a periféricos predefinidos dentro del bloque del procesador ARM. Estas interfaces están diseñadas para señales de menor velocidad, pero siguen siendo útiles en situaciones en las que hay limitaciones de E/S y hay que liberar puertos para conexiones adicionales. Aunque no ofrecen todas las características de los pines de propósito general, como líneas de retardo integradas o entradas y salidas registradas, estos puertos pueden ser de gran utilidad si se tiene en cuenta su naturaleza y limitaciones.

Este artículo explicará cómo aprovechar al máximo los puertos de E/S de préstamo a través de un ejemplo de diseño que instancie una interfaz Ethernet MAC de 10/100 Mbps y enrutamiento de la interfaz MII a través de algunos de los puertos de préstamo. Se explicará paso a paso cómo crear el sistema Qsys, configurar los pines periféricos en el bloque HPS, diseñar el nivel superior en Quartus y realizar la compilación y el análisis de tiempo estático. Al final, se proporcionarán recursos adicionales para aquellos que deseen obtener más información sobre este tema.

1. Introducción

En la actualidad, el diseño de sistemas embebidos requiere cada vez más flexibilidad en la asignación de pines de E/S. Los puertos de E/S de préstamo ofrecidos por los dispositivos Cyclone V y Arria V SoC brindan una solución eficiente para reutilizar puertos que antes estaban dedicados a periféricos predefinidos. Estas interfaces están diseñadas para señales de menor velocidad, pero aún pueden ser utilizadas de manera efectiva si se tiene en cuenta su naturaleza y limitaciones.

2. Utilizando los puertos de E/S de préstamo

2.1 Descripción de los puertos de E/S de préstamo

Los puertos de E/S de préstamo disponibles en los dispositivos Cyclone V y Arria V SoC permiten reutilizar puertos que antes estaban dedicados a periféricos predefinidos dentro del bloque del procesador ARM. Estas interfaces están diseñadas para señales de menor velocidad, debido a que no ofrecen todas las características de los pines de propósito general. Sin embargo, siguen siendo útiles en situaciones en las que hay limitaciones de E/S y es necesario liberar puertos para conexiones adicionales.

2.2 Ejemplo de diseño utilizando los puertos de E/S de préstamo

Para ilustrar cómo utilizar los puertos de E/S de préstamo, se presentará un ejemplo de diseño que instancie una interfaz Ethernet MAC de 10/100 Mbps y enrutamiento de la interfaz MII a través de algunos de los puertos de préstamo. Este ejemplo mostrará paso a paso cómo configurar el sistema Qsys, realizar las conexiones necesarias en Quartus y llevar a cabo el análisis de tiempo estático para garantizar el Correcto funcionamiento de la interfaz en diversas condiciones.

3. Creación del sistema Qsys

3.1 Configuración de los pines periféricos en el bloque HPS

Antes de crear el sistema Qsys, es necesario configurar los pines periféricos en el bloque HPS. Esto se realiza mediante la selección de los puertos de préstamo disponibles y asignándolos a las interfaces correspondientes. Es importante tener en cuenta las limitaciones de los puertos de préstamo y seleccionar aquellos que sean adecuados para el diseño específico.

3.2 Generación del sistema Qsys

Una vez configurados los pines periféricos en el bloque HPS, se procede a generar el sistema Qsys. En el sistema Qsys, se deben configurar los componentes necesarios para el diseño, como la referencia de reloj y la interfaz Ethernet MAC con la interfaz MII. Es importante asegurarse de que los puertos de préstamo seleccionados en la configuración de los pines periféricos estén conectados correctamente en el sistema Qsys.

4. Diseño del nivel superior en Quartus

Una vez generado el sistema Qsys, se procede a diseñar el nivel superior en Quartus. En este paso, se debe crear el esquemático para mostrar las conexiones entre las diferentes interfaces. En el esquemático, se destacarán las interfaces "hps_io" y "loan_io", que contienen las conexiones físicas a los pines de E/S y a los puertos de préstamo en la FPGA.

4.1 Interfaz "hps_io"

La interfaz "hps_io" contiene las conexiones físicas a los pines de E/S en la FPGA. Estos pines estarán conectados a los puertos de préstamo seleccionados en la configuración de los pines periféricos en el bloque HPS. Es importante asegurarse de que las conexiones estén diseñadas correctamente para garantizar el correcto funcionamiento de las señales.

4.2 Interfaz "loan_io"

La interfaz "loan_io" es la conexión desde la parte de la FPGA hacia el elemento de E/S. Divide el búfer bidireccional de E/S de préstamo en la ruta de entrada, la ruta de salida y la habilitación de salida. Dado que se utilizará la interfaz en modo unidireccional, es necesario asegurarse de que las señales de habilitación de salida estén conectadas correctamente.

4.3 Conexiones de los pines de préstamo utilizados

Es importante tener en cuenta que el número máximo de pines de E/S de préstamo varía según el dispositivo y el paquete. En el ejemplo utilizado, se presenta un máximo de 66 pines de E/S de préstamo posibles. Al seleccionar los pines de préstamo en la configuración de los pines periféricos, es necesario conectar adecuadamente los pines que se deseen utilizar. Esto se logra estableciendo las conexiones entre los bits de E/S de préstamo utilizados y los pines externos correspondientes.

5. Compilación y análisis de tiempo estático

5.1 Establecimiento de las restricciones de tiempo

Antes de realizar la compilación del diseño, es necesario establecer las restricciones de tiempo para garantizar el correcto funcionamiento de la interfaz. Estas restricciones pueden incluir retardos, frecuencias máximas y mínimas, entre otros. Es fundamental asegurarse de que las restricciones de tiempo estén configuradas correctamente para evitar problemas de temporización.

5.2 Análisis de las rutas de temporización

Una vez completada la compilación del diseño, se debe realizar un análisis de las rutas de temporización para verificar que se cumplan todas las restricciones establecidas. El análisis de tiempo estático permite tener confianza en que la interfaz funcionará correctamente en diferentes condiciones.

6. Conclusiones

Utilizar los puertos de E/S de préstamo en dispositivos Cyclone V y Arria V SoC puede ser una solución eficiente para reutilizar pines de E/S y liberar puertos para conexiones adicionales en diseños embebidos. Aunque estos puertos tienen limitaciones en comparación con los pines de propósito general, se pueden emplear de manera efectiva si se tienen en cuenta sus características y se realizan las conexiones adecuadas. La creación del sistema Qsys, el diseño del nivel superior en Quartus y el análisis de tiempo estático son parte del proceso para incorporar los puertos de E/S de préstamo en un diseño y asegurar su correcto funcionamiento.

7. Recursos adicionales

• alterawiki.com - Página con información y recursos adicionales sobre el uso de los puertos de E/S de préstamo en dispositivos Cyclone V y Arria V.