Aquarius II Uma plataforma para desenvolvimento de sistemas dinamicamente reconfiguráveis baseada no sistema operacional uCLinux

Abstract

Os dispositivos lógicos programáveis, FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) há algum tempo têm sido uma tecnologia interessante para prototipação de circuitos digitais. Porém, esta realidade tem mudado à medida que a capacidade computacional destes dispositivos tem aumentado e o custo diminuído. Além disso, os FPGAs atuais podem utilizar menos energia que uma CPU convencional utilizaria para realizar a mesma computação. Outra característica, que traz grandes possibilidades, é a capacidade de reconfiguração em tempo de execução (reconfiguração dinâmica). Todos estes avanços permitiram a utilização dos FPGAs não só em aplicações típicas como sistemas embarcados mas também em sistemas de alto desempenho, que realizam processamento massivo de dados. Contudo, apesar das diversas vantagens apresentadas, esta tecnologia ainda não é largamente utilizada para realizar computação. Várias são as razões para isso, entre elas a exigência de um mínimo conhecimento em eletrônica digital para possibilitar o desenvolvimento dos IP-Cores; a complexidade do processo de desenvolvimento destes sistemas; os custos elevados com licenças das ferramentas e com as plataformas de desenvolvimento e a pouca portabilidade das aplicações desenvolvidas. O objetivo deste trabalho é prover uma plataforma reconfigurável que seja capaz, através de um sistema operacional e de maneira eficiente, gerenciar os recursos oferecidos pelos FPGAs. A plataforma proposta recebeu o nome de Aquarius II e foi baseada na plataforma Aquarius desenvolvida no CIn-UFPE. A arquitetura desta plataforma é híbrida e consiste de um FPGA Stratix-II da Altera responsável pelo controle da reconfiguração e tráfego dos dados e de um FPGA Virtex-II da Xilinx que é o elemento reconfigurável propriamente dito. Foram incorporados a esta plataforma um módulo de comunicação (IPCommCore) que é responsável pelo tráfego de dados do sistema operacional para a memória do dispositivo reconfigurável, um device driver para que o sistema operacional uCLinux possa controlar a comunicação através deste módulo e também foi definida uma interface de comunicação padrão para os cores reconfiguráveis que vierem a ser implementados. Para validar esta interface foi implementado e validado um core multiplicador para o Virtex-II utilizado como estudo de caso. Esta plataforma permitirá que sejam realizadas pesquisas em áreas que buscam se beneficiar desta tecnologia, como desenvolvimento de sistemas embarcados e sistemas de alta performance. O desenvolvimento de sistemas computacionais que utilizam hardware reconfigurável em sua arquitetura ainda é pouco comum e complexo. No entanto, propostas como a apresentada neste trabalho procuram solucionar ou atenuar os problemas citados e mudar sensivelmente esta realidade tornando viáveis e mais populares soluções que utilizam esta tecnologia