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Cuándo usar un dispositivo PCI Express off-the-shelf en lugar de un FPGA

La diseñadores se enfrentan cada día a la decisión de elegir entre desarrollar un circuito o utilizar una solución off-the-shelf. En algunas ocasiones se decanta por implementar dispositivos PCI Express, mientras que otros casos, las soluciones con FPGA parecen ser la mejor opción. Este artículo indica qué criterios se deben tener en cuenta a la hora de decidir.
Los FPGA son posiblemente los dispositivos semiconductores más ubicuos en la industria. Es raro encontrar un ingeniero que no haya usado estos componentes en algún momento de su carrera, tanto como estudiante o como profesional en el diseño de hardware / software.
Durante los últimos veinte años, los FPGA han evolucionado para soportar un rango cada vez mayor de funciones para prácticamente cualquier segmento de mercado: telecomunicaciones, test y medición, industrial, militar y aeroespacial, automoción, medicina, almacenamiento, servidores y electrónica de consumo.
Con Altera y Xilinx dominando un 85 por ciento del mercado de lógica programable, los diseñadores no pueden disponer de un gran abanico de posibilidades de elección: es tan sencillo como decantarse entre Coca-Cola y Pepsi.
Los FPGA son obligatorios en aplicaciones donde se precisa:  

• Capacidad de reprogramación en campo,
• Una prueba, aunque el diseño no esté completo,
• Una cantidad significativa de IP propietaria para diferenciar un producto en la industria, y
• Elevado volumen y reducción del tiempo de llegada al mercado.
 
Por otro lado, hay otras tareas en las que no conviene emplear los FPGA. Si un Producto Estándar de Aplicación Específica (ASSP) puede implementar la misma función, un diseñador necesita una fracción del coste de los FPGA sin el inconveniente de disponer de varios componentes juntos. Si esto sucede, los FPGA no son la opción correcta.
En una aplicación como esta, el diseño exige un dispositivo de puente local de bus local PCI Express (PCIe) to-generic. Los diseñadores, por ejemplo, tienes dos elecciones distintas:
• Usar un FPGA, dispositivo de configuración, PHY externo, PCIe IP y software de diseño, integrarlos y verificar su funcionalidad.
• Utilizar una solución monochip en forma de dispositivo de bus PCIe-to-bus.
Ejemplos del primer escenario son Cyclone II FPGA de Altera + PHY de TI y Spartan-3/E FPGA + Philips PHY, mientras que en el segundo destaca el PEX 8311 local bus-toPCIe bridge de PLX.
Mediante la elección de una solución monochip para esta función, los diseñadores pueden beneficiarse de múltiples ventajas, tales como:
• Reducción de costes,
• Mínimo espacio de tarjeta,
• Disminución de los recursos de ingeniería para integrar y verificar múltiples dispositivos,
• Incremento de rendimiento y características,
• Aumento de soporte, y
• Reducción del número de componentes.
Incluso en un diseño donde un FPGA ya existe, los diseñadores pueden implementar fácilmente un PCIe con el puente de bus PCIe-to-local en lugar de usar un PHY externo y PCIe IP tras integrarlos y verificar la operación. Por consiguiente, no sólo se ahorra el coste de un PHI externo y PCIe IP, sino que tampoco se necesitan FPGA y grandes dispositivos de configuración para adecuar el PCI IP a su propia IP.
 
El bus local es un bus genérico con 32 bit de datos y un reloj de 33 / 66 MHz que ha tenido un enorme éxito en la última década. Miles de aplicaciones embebidas poseen un bus local integrado en el diseño. Con PCIe convirtiéndose en el principal interface serie, ofreciendo anchos de banda superiores y reduciendo los pines y los precios, gracias al uso de grandes volúmenes, los diseñadores que usan un bus local obtienen unas tremendas ventajas al migrar sus soluciones a PCIe.
Algunas aplicaciones del “mundo real” demuestran cómo se puede usar un puente de bus PCIe-to-local en lugar de FPGA e incluso coexistir con los propios FPGA.

Monitor de vídeo de control industrial
Como los FPGA son dispositivos de memoria intensiva, los diseñadores pueden emplear FPGA para adquirir, almacenar y procesar imágenes en un sistema de monitorización de vídeo, como los encontrados en aplicaciones de vigilancia, seguridad e industriales . El PEX 8311, por ejemplo, podría conectar FPGA en bus local y transmitir las imágenes a una estación central sobre PCIe. Un switch PCIe, como el PEX 8508, podría adquirir las imágenes de desde diversos dispositivos de puente y visualizarlas en el control.

Tarjeta controladora de sistema
En una tarjeta controladora (Figura 2), se puede incorporar un dispositivo puente al bus local del interface PCIe para soportar un gran número de dispositivos. Además, un puente puede trabajar con hasta seis dispositivos en el bus local y ofrecer un interface PCIe para todos estos componentes.
Muchas de estas aplicaciones existen en diseños embebidos, sistemas de imagen médica, productos de vídeo / imagen y sistemas de control industrial. La Tabla 1 resume las ventajas de usar un dispositivo de puente de bus PCIe-to-local monochip en lugar de los FPGA.
 
Los diseñadores tienen la tarea de elegir entre diversas opciones de diseño, algunas viables, y otras no, casi a diario. Esta decisión debe evaluar factores como funcionalidad, coste y evolución del diseño, así como la “reputación” del proveedor de chip.
Aunque algunos diseños simples pueden competir con soluciones multichip usando lógica programable de los proveedores establecidos, es difícil exponer una “propuesta” PCIe, particularmente cuando un solo chip cumple los criterios de diseño y ha sido calificado por el PCI-SIG e integrado en lista del integrador.

Artículo realizado por Krishna Mallampati, Director de Marketing de Producto de PLX Technology, empresa representada en España por Anatronic, S.A.

4 May 2007 | Artí­culos | Noticia leída: 824 veces

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