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Forum: FPGA, VHDL & Co. soft-FPU im FPGA oder coprozessor?


Autor: Daniel G. (motello)
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Hallo,

Problem: Es sollen fließkommaberechnungen von einem FPGA vorgenommen 
werden. Der FPGA soll ein "weltraumfähiger" Actel sein.

Die m.E. beste Lösung, weil einfach zu implemetieren und performant:
Die soft-core Lösung "GRFPU" aus dem companioncore programm von actel 
nehmen.

Die andere wäre ein externer coprozessor.

Kosten spielen weniger eine Rolle.

Was meint Ihr? Was ist die leistungsfähigste Lösung? Welches die 
sinnvollste?

Viele Grüße
Daniel

: Verschoben durch Admin
Autor: leser (Gast)
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Anforderungen? Verwendung?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Es sollen fließkommaberechnungen von einem FPGA vorgenommen werden.
Was soll sonst noch mit in das FPGA?

Autor: Daniel G. (motello)
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Die mathematischen algorithmen die in den FP-FPGA implementiert werden 
sollen kenne ich noch nicht. Es wird ein zweistufiges System innerhalb 
einer Regelstrecke werden, wobei ein Satz FPGAs für Berechnungen der 
ersten Stufe zuständig ist, und ein weiterer FPGA mit FP in der zweiten 
Stufe alle Daten weiterverarbeitet.

Viel ist also noch nicht klar und die Hardware-Plattform soll also 
flexibel sein und genug leistungsreserven bereithalten.

Ansonsten macht der FP-FPGA nichts.

Mir kommt die Idee mit einem coprozessor veraltet vor. Wir brauchen 
sicher nicht die Power einer modernen Grafikkarte. Möglicherweise 
reichen die 25 MHz eines soft-FPU auf ProASIC3E schon aus. Aber ich habe 
leider keine vorstellung von der komplexität und leistungsfähigkeit 
einer externen FPU (Coprozessor). Also moderne FP-coprozessoren fallen 
mir auch nur die GPUs heutiger Grafikkarten ein. Werden FPU 
coprozessoren überhaupt noch eingesetzt/gebaut?

Viele grüße
Daniel

Autor: Thomas Burkhart (escamoteur)
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Hallo Daniel,

schau Dir mal die TigerSharc DSPs von Analog Devices an, die haben 
Fließkommaleistung ohne Ende und man kann Sie über deren Linkports sehr 
elegant an FPGAs anschließen.

Gruß
Tom

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Wir brauchen sicher nicht die Power einer modernen Grafikkarte.
> Möglicherweise reichen die 25 MHz eines soft-FPU auf ProASIC3E schon aus.
Dazwischen sind aber Welten... :-o

>>> Was ist die leistungsfähigste Lösung? Welches die sinnvollste?
Ich denke, du solltest erst mal die Anforderungen hinreichend genau 
spezifizieren, sonst ist jeder Tipp richtig und falsch zugleich.

Autor: Daniel G. (motello)
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Thomas Burkhart schrieb:
> schau Dir mal die TigerSharc DSPs von Analog Devices an, die haben
> Fließkommaleistung ohne Ende und man kann Sie über deren Linkports sehr
> elegant an FPGAs anschließen.

Danke für den Tipp! Das werde ich mir mal anschauen. Wie Du schon sagst: 
elegant soll es sein und keine "bastel-lösung". Wenn ich so viel 
Rechenpower auf eine schöne und einfache art erreichen kann, dann wirds 
so gemacht.

Das ganze ist ein prototyp um überhaupt erstmal genauere anforderungen 
zu ermitteln.

Autor: Marcus Harnisch (mharnisch) Benutzerseite
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Daniel G. schrieb:
> Mir kommt die Idee mit einem coprozessor veraltet vor. Wir brauchen
> sicher nicht die Power einer modernen Grafikkarte. Möglicherweise
> reichen die 25 MHz eines soft-FPU auf ProASIC3E schon aus.

<orakel>Oder Du wartest bis zur Embedded World und schaust dort noch mal 
bei Actel rein.</orakel>

Gruß
Marcus
http://www.doulos.com/arm/

Autor: Daniel G. (motello)
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Danke für den Tipp mit der Messe, die kannte ich noch gar nicht. Werde 
ich hin! Aber für diese Angelegenheit wäre es zu spät.

Wenn noch jemand eine Idee hat, wo ich nach einfach und "elegant" 
anzuschließenden FPUs schauen kann, als alternative zum tiger, dann raus 
damit!

Autor: Thomas Burkhart (escamoteur)
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Brauchst Du echte Fließkomma oder würde auch der Bereich -0,99999 bis 
+1,0 reichen? Dann kämen auch die Blackfin DSPs in Frage, die sind zwar 
Fixkomma, unterstützen aber den Datentyp fract, der den genannten 
Zahlenbereich abbildet und oft reicht der aus.

Gruß
Tom

Autor: Georg A. (Gast)
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Wenn das Ding wirklich weltraumtauglich sein soll und länger als ein 
paar Tage stabil laufen soll, kann man den ganzen genannten 
Consumerkrempel vergessen. Also entweder was in Actel, anderen 
Radiation-Hardened Chips oder eigenes RH-ASIC. Das reduziert die 
Möglichkeiten ungemein, vom Preis her bleibt wahrscheinlich nur Actel 
übrig.

Autor: Daniel G. (motello)
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Der Prototyp soll nur was die FPGAs angeht Radiation-Hardened (danke für 
den Begriff!) sein. Die hardware, die letztendlich in den Weltraum 
fliegt bauen wir eh nicht und auch die Software schreiben wir nicht, bis 
auf die algorithmen in den FPGAs, die evtl. auf eine externe FPU 
zurückgreifen.

Und dann ist der prototyp ja nur ein prototyp vom prototyp. Jetzt gehts 
erstmal darum eine hardware plattform zum evaluieren zu bauen. Im 
zweiten schritt, wenn wir die anforderungen kennen, wird dann auch die 
Hardware genauer geplant.

Grüße
Daniel

Autor: Daniel G. (motello)
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Thomas Burkhart schrieb:
> schau Dir mal die TigerSharc DSPs von Analog Devices an, die haben
> Fließkommaleistung ohne Ende und man kann Sie über deren Linkports sehr
> elegant an FPGAs anschließen.

Ich verstehe nicht, wieso Du von den Link Ports sprichst. Nach einem 
überfliegen des TRMs würd ich eher den externen port als geeignete 
Schnittstelle sehen?!

Korrigiert mich, wenn ich falsch liege:
Der FPGA schiebt dem TigerSHARK über den externen port oder link port 
die zu berechnenden Daten und ein stück entsprechenden code in die 
"memory blocks" und nodifiziert den Programm sequencer.

Sieht mir nach eine guten Lösung aus! Dieser Prozessor hat auch eine 
faszinierende Architektur, freue mich schon drauf mich damit auseinander 
zu setzen.

Autor: Thomas Burkhart (escamoteur)
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Wir haben damals den Linkport benutzt, weil er Softwareseitig sehr gut 
unterstützt wird. Auch war es wärend der Softwareentwicklung hilfreich, 
da wir die Targethardware erst mal nicht hatten, das Eval-Board von 
Analog Devices aber zwei TigerSharcs drauf hat, die mit Linkports 
verbunden sind. Wir haben dann mit den einen Sharc den FPGA simuliert 
und mussten später so an der software nichts mehr ändern.

Gruß

Tom

Autor: Daniel G. (motello)
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Das habe ich mir schon fast gedacht. Ich suche gerade ein board, welches 
auch den external bus zugänglich macht. Wenn das nicht möglich ist oder 
ich kein board finde, muss ich wohl auch die linker ports nehmen oder 
den tiger ins hardwaredesign mit aufnehmen.

Siehst Du Nachteile bei der Verwendung der linkports gegenüber dem 
external bus hinsichtlich geschwindigkeit?

Autor: Fpga Kuechle (fpgakuechle) Benutzerseite
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Gibbets den Tigershark auch in Weltraumfähig? (radiation hardened; 
-proof)?
Die zwei prozessoren Lösung hat den Vorteil der besseren Wärmeabfuhr, 
bei einem Softcore im FPGA handelt man sich schnell Hot Spots ein. Und 
im Luftleeren Raum, vielleicht noch unter direkter Sonneneinstrahlung 
ist das ein Problem.

MfG

Autor: Thomas Burkhart (escamoteur)
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Keine Ahnung, einfach mal bei Analog nachfragen.

Gruß
Tom

Autor: Daniel G. (motello)
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Fpga Kuechle schrieb:
> Gibbets den Tigershark auch in Weltraumfähig? (radiation hardened;
> -proof)?
> Die zwei prozessoren Lösung hat den Vorteil der besseren Wärmeabfuhr,
> bei einem Softcore im FPGA handelt man sich schnell Hot Spots ein. Und
> im Luftleeren Raum, vielleicht noch unter direkter Sonneneinstrahlung
> ist das ein Problem.

ne, nur den blackfin gibt es in RH. aber wie gesagt, ist erstmal nur ein 
prototyp vom prototyp vom prototyp... :-)

Die Sattelitenhardware wird in einigen Jahren dann für einige Millionen 
von einem spezialunternehmen gebaut.

Autor: Thomas Burkhart (escamoteur)
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Kann man die Schaltungen eigentlich nciht so verpacken, dass die RH 
sind? Ne dicke Bleihülle sollte da doch reichen oder?

Gruß
Tom

Autor: Marcus Harnisch (mharnisch) Benutzerseite
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Thomas Burkhart schrieb:
> Kann man die Schaltungen eigentlich nciht so verpacken, dass die RH
> sind? Ne dicke Bleihülle sollte da doch reichen oder?

http://de.wikipedia.org/wiki/Nutzlast

Autor: Georg A. (Gast)
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> ne, nur den blackfin gibt es in RH.

Vermnutlich ist der dann aber ITAR. Viel Spass damit ;)

> dass die RH sind? Ne dicke Bleihülle sollte da doch reichen oder?

Hilft wenig. Wenns blöd kommt, wirds sogar schlimmer, weil die Teilchen 
durchs Blei abgebremst werden und der Wirkungsquerschnitt grösser wird.

Und ausserdem bedeutet RH, dass der Chip nicht nur keine Bitflips 
bekommt (zB. durch Triple-Voting-FFs oder ECC bei (S/D)RAM-Blöcken), 
sondern auch kein Latchup. Wenn der Latchup zuschlägt und keine 
Schutzschaltung da ist (geht bei Chips mit stark wechselndem 
Stromverbrauch nicht vernünftig), dann ist der Chip nach 0.5-2s 
dauerhaft kaputt.

Autor: Thomas Burkhart (escamoteur)
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Was heißt ITAR?

Ich würde trotzdem einfach mal bei Analog Anfragen, vielleicht haben die 
ja doch was nicht offizielles :-)

Gruß
Tom

Autor: Ottmar (Gast)
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http://de.wikipedia.org/wiki/International_Traffic...

RH Bauteile können auch für Kerntechnische Anwendungen eingesetzt 
werden. Deshalb bestehen hier besondere Regularien.

Wenn Du ein ITAR Bauteil im Sateliten hast, dann bestimmt die USA an wen 
du diesen Sateliten verkaufen darfst, Bzw. du bekommst keine Bauteile.

Autor: Georg A. (Gast)
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Das ist nicht nur eine Kaufbeschränkung. Das ist auch eine 
Transportbeschränkung, und es muss für jedes einzelne Teil dokumentiert 
werden, welchen Weg es genommen hat und wo es gerade ist. Wenn man einen 
Satelliten durch die Russen hochschiessen will, fallen einige ITAR-Chips 
schon weg. Die dürfen auch nicht fest verbaut das russische Staatsgebiet 
betreten...

D.h. so ziemlich alles RH aus USA wird schwierig.

OT: Und den einzigen RH-Produzenten in Europa (Atmel) lassen wir gerade 
sehendes Auges eingehen. Politik ist schon was tolles.

Autor: Fpga Kuechle (fpgakuechle) Benutzerseite
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<Das ist nicht nur eine Kaufbeschränkung. Das ist auch eine
<Transportbeschränkung, und es muss für jedes einzelne Teil dokumentiert
<werden, welchen Weg es genommen hat und wo es gerade ist. Wenn man 
einen
<Satelliten durch die Russen hochschiessen will, fallen einige 
ITAR-Chips
<schon weg. Die dürfen auch nicht fest verbaut das russische 
Staatsgebiet
<betreten...

Deshalb haben die Russen erfunden, Sealaunch:
http://de.wikipedia.org/wiki/Sea_Launch

BTW: Zum Betreten gehört auch Zwischenlandung im Flieger. Auch das is 
nicht gestattet, auch der Transitraum ist russisch.

MfG

Autor: Ottmar (Gast)
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Das hast du ganz richtig ergänzt Georg.

OT: Das mit Atmel ist ja gerade wirklich ein riesiges Problem. ST als 
Alternative lässt auch noch lange auf sich warten. Das Problem wurde 
seit jahren in Noordwijk nicht ernst genug genommen.

Zurück zu ITAR: Da nun auch die SX Serie von ACTEL ITAR ist, wird es 
wohl kaum noch möglich sein irgend ein spacecraft ITAR frei zu halten.

Autor: Ottmar (Gast)
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Sea Launch ist pleite.

Autor: Thomas Burkhart (escamoteur)
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Wieso lassen wir ATMEL eingehen? Geht's denen so schlecht?

Autor: René D. (Firma: www.dossmatik.de) (dose)
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Die Frage ist auch, welche Rechenoperationen die Fließkommarechnung 
durchführen muss und wieviel bit der Operand hat.

ich kenne da die Zahlen für einen floting points CORE 32bit:
4500 gates  für ADD/sub
12200 gates für multiply
31000 gates für division
520  gates für Compare

Ein Softcore benötigt weniger und würde sicherlich auch noch in den FPGA 
passen. Dann kann später auch ein ASIC für das Raumschiff daraus gebaut 
werden. Sobald ein zusätzlicher Prozessor genutzt wird, ist ein ASIC 
nicht mehr möglich. Der Prozessor muss auch weltraumfähig sein.

Autor: Daniel G. (motello)
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Hallo,

wir haben uns jetzt für einen ausreichenden ARM9 mit VFPU entschieden 
(LPC3250). Es soll u.a. eine komplexe division in double precision 
ausgeführt werden. Wie gesagt, es ist momentan noch nicht wichtig, dass 
die FPU radiation hardened ist. In ein paar Jahren wird die hard- und 
Software eh nochmal von einem spezialunternehmen weltraumkompatibel 
gebaut. das ist äußerst aufwendig und sehr teuer.

Ein Softcore kommt nicht in Frage weil der Platz für andere Dinge 
freigehalten werden soll.

Der Analog Support hat sich kurz zu meiner Frage geäußert, wie ich einen 
TigerSharc am besten mit einem FPGA kopple:

Man kann gut den external port nutzen, das development board gibt das 
auch her. siehe schaltplan:
http://www.analog.com/static/imported-files/eval_k...
Aber am besten ist der schnellere Link Port geeignet, weil dieser die 
bessere performance liefert.

Grüße
Daniel

Autor: Thomas Burkhart (escamoteur)
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Verstehe ich jetzt nicht ganz, Ihr nehmt jetzt einen ARM9 und einen 
TigerSharc?

Was macht dann noch der FPGA?

Gruß
Tom

Autor: Daniel G. (motello)
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Nein nein, der FPGA bleibt nur statt TigerSharc wird ein ARM9 benutzt. 
Das erleichtert uns die Entwicklung.

Schade, hätte gern mal mit so einem Tiger gearbeitet. Sind echte 
Hammer-Dinger!

Gruß
Daniel

Autor: Thomas Burkhart (escamoteur)
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Nur weil Du unten in Deinem Post immer noch den Tigersharc verlinked 
hast.

Gruß
Tom

Autor: Daniel G. (motello)
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Nur um die Information über die Anbindung eines TS an einen FPGA 
weiterzugeben. :-)

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