Sviluppo di strumenti per l'analisi e la manipolazione di bitstream per la riconfigurabilit

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Sviluppo di strumenti per l'analisi e la
manipolazione di bitstream per la
riconfigurabilità parziale

• Relatore Prof. Fabrizio FERRANDI
  Correlatore Ing. Marco D. SANTAMBROGIO

Tesi di Laurea di

Giorgio Galvalisi
Carmine Galeone
Anno Accademico 2004/2005
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Sommario

• Introduzione alle FPGA
• La riconfigurabilità parziale
• BAnMaT
• Lavoro svolto
• Conclusioni

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Field Programmable Gate Arrays

• Dispositivi programmabili dallutente
• Schema semplificato di una FPGA Xilinx
• CLB
• IOB
• Interconnessione

4 Slice in un CLB 2 Celle Logiche per Slice
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Memoria di configurazione

• Unità base frame (largo un bit, lungo tutta la
  FPGA)
• Colonna composta da più frame

Colonna CLB 48 frame
Major Address
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Bitstream

• File binario contenente la configurazione della
  FPGA
• Composto da
• Comandi di configurazione
• Dati di configurazione
• Struttura

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Riconfigurazione Parziale

• La FPGA viene riconfigurata solo in parte
• Riduzione dei tempi di riconfigurazione
• Possibilità di realizzare sistemi complessi
  attraverso divisione in moduli
• Due approcci
• Module based
• Difference based

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Bitstream Analysis Manipulation Tool

• Funzionalità dello strumento
• Analisi passiva
• Analisi attiva
• Implementazione originale analisi del file
  mediante funzione di parsing

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Il parser flusso di esecuzione
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Fasi del lavoro

• Modifiche al programma
• Gestione errori
• Funzionalità aggiunte
• Calcolo funzioni
• Lettura frame
• Lettura colonne CLB
• Lettura LUT
• Scrittura LUT

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Calcolo funzioni

• Permettono di localizzare un componente nel
  bitstream
• Esempio caso CLB

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Lettura frame/colonna

• Lettura frame
• Calcolo di MJA e MNA
• Estrazione del frame voluto
• Lettura colonna
• Calcolo del MJA
• Lettura di 48 frame consecutivi
• (da MNA0 a MNA47)

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Lettura LUT (1/2)

• Look-Up Table implementa funzione combinatoria
  ad n ingressi

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Lettura LUT (2/2)

• 16 frame da leggere
• Per ciascun frame
• Calcolo della posizione
• del frame
• Lettura del frame
• Estrazione della parola
• contenente il bit
• Lettura del bit

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Scrittura LUT

• Per ciascun frame
• Calcolo della posizione
• del frame
• Lettura del frame
• Estrazione della parola
• contenente il bit
• Lettura del bit originale
• e sostituzione del nuovo bit

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Conclusioni

• Possibili applicazioni
• Approccio difference based alla riconfigurazione
  parziale
• Analisi struttura bitstream
• Individuazione errori
• Correzione di componenti logici mal configurati
• Lavori futuri
• Lettura di frame/colonne IOB e RAM
• Lettura e modifica di blocchi SRAM

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Fine Presentazione