RTRLIB : a high-level modeling tool for dynamically partially reconfigurable systems

Abstract

Reconfiguração dinâmica parcial é considerada uma interessante técnica a ser aplicada para o aumento da flexibilidade de sistemas implementados em FPGA, em função da implementação dinâmica de módulos de hardware enquanto o restante do circuito permanece em operação. Trata- se de uma técnica utilizada em sistemas com requisitos muito restritos, como adaptabilidade, robustez, consumo de potência, custo e tolerância à falhas. Entretanto, a complexidade de desen- volvimento de sistemas com reconfiguração dinâmica parcial é consideravelmente alta quando comparada à de sistemas com lógica totalmente estática. Nesse sentido, novas metodologias e ferramentas de desenvolvimento são necessárias para reduzir a complexidade de implementação desse tipo de sistema. Nesse contexto, esse trabalho apresenta o RTRLib, uma ferramenta de modelagem em alto nível para o desenvolvimento de sistemas com reconfiguração dinâmica parcial em dispositivos Xilinx Zynq a partir da especificação e parametrização de alguns blocos. Sob condições específi- cas, o RTRLib automaticamante produz os scripts de hardware e software para implementação da solução utilizando o Vivado Design Suite e o SDK. Tais scripts são compostos pelos comandos necessários para a implementação do sistema desde a criação do projeto de hardware até a criação do arquivo de boot. Uma vez que o RTRLib é composto por IP-Cores previamente caracterizados, a ferramenta também pode ser utilizada para a análise, em fase de modelagem, do sistema a ser implementado, por meio da estimação de características importantes do sistema, como o consumo de recursos e latência. O presente trabalho também inclui novas funcionalidades implementadas no RTRLib no con- texto do design de hardware e de software, como: generalização do script de hardware, mapea- mento de IO, floorplanning por meio de uma GUI, criação de um gerador de script de software, gerador de template de aplicação standalone que faz uso do partial reconfiguration controller (PRC) e implementação de uma biblioteca para aplicações FreeRTOS. Por fim, quatro estudos de casos foram implementados para demonstrar as funcionalidades da ferramenta: um sistema de classificação de terrenos baseado em redes neurais, um sistema com regressores lineares utilizado para controle de uma prótese miocinética de mão e, por último, uma aplicação hipotética de um sistema com requisitos de tempo real.