Freescale Coldfire V1 per FPGA

Man mano che l'FPGA è diventato sempre più un sistema programmabile su chip, si è pensato di dotare i suoi dispositivi di caratteristiche all’avanguardia e particolarmente avanzate, come microprocessori ultra moderni adatti sia a componenti hardware che software. Freescale offre una grande varietà di dispositivi custom per clienti importanti.

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Al fine di ridurre il costo per i clienti SoC, Freescale ha brevettato il PowerPC 440/405 per Xilinx. In aggiunta Freescale offre un softcore ColdFire V1 (CFV1CORE_ALTERA) sull’ Altera Cyclone-III FPGA attraverso IPextreme esclusivamente gratuito (nessuna licenza free, né royalty fee). Si tratta di un microprocessore ColdFire gratuito su un Cyclone III FPGA a basso consumo ed economico (3.5~4USD), in grado di venire incontro alle esigenze dei clienti sia per quanto riguarda la produzione che la sperimentazione.

Inoltre i clienti possono trasformare il nuovo SoC in un ColdFire ASIC (un microcontroller).
E’ possibile acquistare la licenza V1 ColdFire Core con codice sorgente RTL a $10,000 con una royalty di 0.02USD. In base alla mia esperienza il prezzo è ragionevole per progettare un nuovo microcontroller. Se siete interessati al ColdFire V2, è possibile acquistare la licenza da IPextreme.

Caratteristiche ColdFire V1

Il piccolo core ColdFire V1 è progettato per applicazioni a 32 bit e per implementare le funzionalità dei dispositivi affiancando ad un basso consumo energetico un rendimento dieci volte migliore di una MCU a 8 bit.

ColdFire V1 condivide le sue periferiche con la famiglia S08 e l’Interfaccia BDM. Come risultato ColdFire V1 è compatibile pin per pin con i micro controller S08 a 32 bit. Il CFV1CORE_ALTERA è lo stesso (o quasi) processore con core ColdFire V1 migliorato da Freescale per i dispositivi MCF51QExx ma distribuito come un progetto del Builder Altera SOPC pronto ed ottimizzato per l’Altera Cyclone III FPGA (3C25).

Il Sistema bus ColdFire V1 è stato adattato all’Interfaccia di sistema Altera Avalon per l’implementazione del CFV1CORE_ALTERA. Comunque non risultano esserci differenze strutturali rispetto al Core ColdFire V1 standard, il che significa che il CFV1CORE_ALTERA supporta in pieno l’ Instruction Set Architecture (Set d’Istruzione dell’Architettura ISA_C) del ColdFire V1 ed ha un codice compatibile con i dispositivi ColdFire.

L’ecosistema di ColdFire, incluso il Compilatore C, il debugger BDM, IDE, RTOS e la libreria possono essere usate anche su CFV1CORE_ALTERA. L’ IP CFV1CORE_ALTERA è compatibile con il Builder del SOPC Altera ed i tool Quartus II . Questo significa che i progettisti possono costruire rapidamente ed agevolmente un sistema partendo dal CFV1CORE_ALTERA e relativi blocchi periferici IP per poi generare un bitfile dell’intero sistema e programmarlo su un dispositivo Cyclone III. Gli ingegneri software possono scaricare in software dall’interfaccia V1 ColdFire single-pin e lanciare l’applicazione.

  • Core Fully-synthesizable
  • Ottimizzato per Altera Cyclone III FPGA, piccolo e robusto, a basso consumo, prezzo ridotto, Compatibile con SOPC Builder
  • Codice Sorgente Crittografato RTL e componente SOPC per CFV1CORE_ALTERA
  • $0 di licenza e $0 di royalty per il core Quartus IP per blocchi di periferiche
  • Supporto commerciale disponibile
  • Processore core a 32-bit con bus indirizzato a 24-bit e 16MB di spazio lineare(8 bit più significativi dei 32-bit d’indirizzo Avalon sono 0x00)
  • Istruzione unificata/dati bus
  • Lunghezza variabile dell’architettura RISC con istruzioni16-bit, 32-bit e 48 –bit
  • Pipeline indipendenti e non connessi
  • Istruzione 2-stage Fetch Pipeline (IFP)
  • 2-stage Operand Execution Pipeline (OEP)
  • L’Istruzione Buffer FIFO prevede il meccanismo di dell’Architettura Istruzione di meccanismo ColdFire Rev. C (ISA_C)
  • Modello programmazione utente standard ColdFire con registri general-purpose a 16 e 32-bit
  • Modello programmazione supervisore semplificato che supporta un supervisore stack pointer con registro vector base e configurazione registro CPU
  • Meccanismo di riduzione cambi di flusso e tempo esecuzione
  • Il motore di Esecuzione include una ALU ed uno barrel shifter ( è la prima volta che incontro un ColdFire con barrel shifter!)
  • Responso programmabile su rilevamento di codici illegali o indirizzi anomali(eccezione di processore o ripristino del sistema)
  • Debug della funzionalità B+ di ColdFire nel modulo debug single-pin di interfaccia (BDM)
  • Supporto Real time debug (RTD) con 6 interruzioni hardware (4 PC, 1 indirizzo, 1 informazione) che può essere configurato in un livello trigger 1 o 2 e risposta programmabile (stop o arresto del processore)
  • Velocità di elaborazione 80MHz (tipica)
  • Dimensione implementazione 6000 LEs

Componenti aggiuntivi

A causa della limitazione di risorse dell’FPGA, CFV1CORE_ALTERA elimina alcuni blocchi di funzionalità dall’ordinario ColdFire V1. Il CFV1CORE_ALTERA è disponibile con una configurazione singola fissa.

  • L’ hardware divider (DIV) e l’ unità di accumulatore multiplo (MAC) non sono inclusi nel soft-core.
    Nella famiglia ColdFire V1, le funzioni di MAC, eMAC e DIV opzionali sono quelle di ridurre l’area di silicio nel controllo di spazio orientato. E’ preferibile avere un progetto di configurazione per caratteristiche opzionali.
  • Il modulo single-pin debug è incluso ma non c’è traccia di buffer 64-entry che significa che la traccia di programma non è compresa.

Kit di sviluppo
Qualsiasi Kit di Sviluppo FPGA Embedded dovrebbe supportare i dispositivi micro controller FPGA.

ColdFire V1 (Freescale)

  • Scheda di valutazione/ sviluppo simile a Nios II di Altera, kit di valutazione embedded, ma che contiene Un hardware a base ColdFire V1 pre-costruito con progetto di riferimento (microcontroller, timer, UART Ed Ethernet MAC) ed equipaggiato con connettore debug ColdFire(BDM/JTAG) su un dispositivo Cyclone III 3C25.
  • Tool di sviluppo Code Warrior o IAR Workbench per ColdFire
  • Pacchetto supporto scheda (BSP) per uC/OS-II
  • Progetto software di riferimento (software campione)

FPGA (Altera)

  • SOPC Builder per selezione IP drag and drop ed integrazione con una ricca libreria
  • Progetto hardware di riferimento basato su V1 ColdFire come progetto SOPC Builder
  • Scheda di Sviluppo con dispositivo Cyclone III 2C25
  • Connettore USB-blaster per sviluppo software Altera Quartus II (edizione web disponibile) per scaricare il progetto in FPGA
  • Quartus II per sintesi place-and-route e dispositivo di programmazione
  • Cyclone III FPGAs?low-cost 65-nm FPGAs

Sempre più piccole aziende dispongono di SoC dal momento che sono disponibili blocchi IP. L’FPGA fu usato come piattaforma di prototipi e verifiche campioni. Ora, invece, FPGA viene usato come piattaforma test prodotti finali per il suo costo inferiore rispetto ad ASIC.

I fornitori FPGA inglobano produttori microcontroller come NIOS, Micro Blaze ed altre.
Ma sfruttare l’ecosistema esistente ed il codice base rende i core commerciali un’alternativa attraente, incluso i core compatibili ColdFire V1, ARM7TDMI, Cortex-M1 e 8051.
Poiché molti semiconduttori hanno già offerto molti microcontroller, di solito non è un problema costruirne uno nuovo. Inoltre è una sfida per gli ingegneri. In alcuni casi si può richiedere un soft-core per ragioni commerciali.

Referenze
Freescale’s V1 ColdFire offering for Altera Cyclone III FPGA
Altera
IPextreme

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