AN 802: インテル® Stratix® 10 SoC デバイスのデザイン・ガイドライン

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ID 683117
日付 4/17/2019
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ドキュメント目次
ドキュメント目次 x
1. インテル® Stratix® 10 SoCデバイスのデザイン・ガイドライン概要 2. Stratix 10 SoC FPGAのボード・デザイン・ガイドライン 3. Stratix 10 SoC FPGAのFPGAとの接続 4. Stratix 10 SoC FPGAのシステムに関する考慮事項 5. インテル® Stratix® 10 SoC FPGA向けエンベデッド・ソフトウェアのデザイン・ガイドライン 6. Stratix 10 SoC FPGAに関連する推奨リソース
1. インテル® Stratix® 10 SoCデバイスのデザイン・ガイドライン概要 x
1.1. Stratix 10 SoCデバイスのデザイン・ガイドライン概要の改訂履歴
2. Stratix 10 SoC FPGAのボード・デザイン・ガイドライン x
2.1. HPSのクロックおよびリセットのデザインにおける考慮事項 2.2. デバイスI/OをHPSペリフェラルおよびメモリーに接続するためのデザインにおける考慮事項 2.3. HPSインターフェイスにおけるデザイン・ガイドライン 2.4. HPS EMIFデザインの考慮事項 2.5. HPSメモリーのデバッグ 2.6. HPSのバウンダリー・スキャン 2.7. エンベデッド・ソフトウェアのデバッグとトレース 2.8. インテル® Stratix® 10 SoC FPGAのボード・デザイン・ガイドライン改訂履歴
2.1. HPSのクロックおよびリセットのデザインにおける考慮事項 x
2.1.1. HPSクロックのプランニング 2.1.2. 早期ピン・プランニングおよびI/O割り当ての解析 2.1.3. HPSクロック、リセット、PoRのピン機能と接続 2.1.4. リモート・システム・アップデート (RSU) 機能に向けたDirect-to-Factoryピンのサポート 2.1.5. 内部クロック 2.1.6. HPSペリフェラルのリセット管理
2.2. デバイスI/OをHPSペリフェラルおよびメモリーに接続するためのデザインにおける考慮事項 x
2.2.1. HPSピンの多重化におけるデザインの考慮事項 2.2.2. HPS I/Oの設定: 制約とドライブ強度
2.3. HPSインターフェイスにおけるデザイン・ガイドライン x
2.3.1. HPS EMAC PHYインターフェイス 2.3.2. USBインターフェイスのデザイン・ガイドライン 2.3.3. SD/MMCおよびeMMCカード・インターフェイスのデザイン・ガイドライン 2.3.4. フラッシュ・インターフェイスのデザイン・ガイドライン 2.3.5. UARTインターフェイスのデザイン・ガイドライン 2.3.6. I2Cインターフェイスのデザイン・ガイドライン
2.3.1. HPS EMAC PHYインターフェイス x
2.3.1.1. PHYインターフェイス 2.3.1.2. FPGA I/Oを介して接続されるPHYインターフェイス 2.3.1.3. MDIO 2.3.1.4. PHYインターフェイス・デザインの一般的な考慮事項
2.3.1.1. PHYインターフェイス x
2.3.1.1.1. RMII 2.3.1.1.2. RGMII
2.3.1.2. FPGA I/Oを介して接続されるPHYインターフェイス x
2.3.1.2.1. GMIIおよびMII ガイドライン: タイミング制約を適用し、Timing Analyzerでタイミングを検証します。 ガイドライン: インターフェイスI/OはFPGA I/O境界で登録します。 ガイドライン: MIIモードの送信タイミングを検討します。 2.3.1.2.2. RGMIIへの適合 2.3.1.2.3. RMIIへの適合 2.3.1.2.4. SGMIIへの適合
2.3.1.4. PHYインターフェイス・デザインの一般的な考慮事項 x
2.3.1.4.1. シグナル・インテグリティー
2.3.4. フラッシュ・インターフェイスのデザイン・ガイドライン x
2.3.4.1. NANDフラッシュ・インターフェイスのデザイン・ガイドライン
2.4. HPS EMIFデザインの考慮事項 x
2.4.1. HPSをSDRAMに接続するための考慮事項 2.4.2. HPS SDRAM I/Oの位置
3. Stratix 10 SoC FPGAのFPGAとの接続 x
3.1. HPSメモリーマップド・インターフェイスの概要 3.2. 推奨されるシステムトポロジー 3.3. HPS-to-FPGAインターフェイス・デザインに推奨される開始点 3.4. FPGAアクセラレーターに向けたタイミング・クロージャー 3.5. ブリッジのコンフィグレーションおよび使用方法に関する情報 3.6. インテル® Stratix® 10 SoC FPGAのFPGAとの接続の改訂履歴
3.1. HPSメモリーマップド・インターフェイスの概要 x
3.1.1. HPS-to-FPGAブリッジ 3.1.2. Lightweight HPS-to-FPGAブリッジ 3.1.3. FPGA-to-HPSブリッジ 3.1.4. FPGA-to-SDRAMポート 3.1.5. インターフェイス帯域幅
3.2. 推奨されるシステムトポロジー x
3.2.1. FPGAファブリックへのHPSのアクセス 3.2.2. FPGAとデータを共有するMPU 3.2.3. FPGAからのキャッシュ可能およびキャッシュ不可能なデータアクセスの例
3.2.3. FPGAからのキャッシュ可能およびキャッシュ不可能なデータアクセスの例 x
3.2.3.1. 例1: FPGAでHPS SDRAMから直接データを読み取る 3.2.3.2. 例 2: FPGAでHPS SDRAMに直接データを書き込む 3.2.3.3. 例3: FPGAでキャッシュ・コヒーレンシーなデータをHPSから読み取る 3.2.3.4. 例4: FPGAでキャッシュ・コヒーレンシーなデータをHPSに書き込む
4. Stratix 10 SoC FPGAのシステムに関する考慮事項 x
4.1. タイミングに関する考慮事項 4.2. 最大限のパフォーマンスの実現 4.3. システムレベルのキャッシュ・コヒーレンシー 4.4. Stratix 10 SoC FPGAのシステムに関する考慮事項の改訂履歴
4.1. タイミングに関する考慮事項 x
4.1.1. FPGAアクセラレーターに向けたタイミング・クロージャー 4.1.2. USBインターフェイスのデザイン・ガイドライン
4.1.1. FPGAアクセラレーターに向けたタイミング・クロージャー x
4.1.1.1. HPS先行のブートまたはFPGA先行のブートにおける考慮事項
5. インテル® Stratix® 10 SoC FPGA向けエンベデッド・ソフトウェアのデザイン・ガイドライン x
5.1. 概要 5.2. ソフトウェア開発プラットフォームのコンポーネントの組み立て 5.3. ゴールデン・ハードウェア・リファレンス・デザイン (GHRD) 5.4. アプリケーションのオペレーティング・システムの選択 5.5. Linuxに向けたソフトウェア開発プラットフォームの構築 5.6. ベアメタル・アプリケーションに向けたソフトウェア開発プラットフォームの構築 5.7. パートナーOSまたはRTOSに向けたソフトウェア開発プラットフォームの構築 5.8. ブートローダー・ソフトウェアの選択 5.9. 開発、デバッグ、およびトレースに向けたソフトウェア・ツールの選択 5.10. ブートおよびコンフィグレーションにおける考慮事項 5.11. システムリセットにおける考慮事項 5.12. フラッシュの考慮事項 5.13. エンベデッド・ソフトウェアのデバッグとトレース 5.14. インテル® Stratix® 10 SoC FPGA向けエンベデッド・ソフトウェアのデザイン・ガイドライン改訂履歴
5.4. アプリケーションのオペレーティング・システムの選択 x
5.4.1. Linux*またはRTOSの使用 5.4.2. ベアメタル・アプリケーションの開発 5.4.3. ベアメタル・フレームワークとしてのブートローダーの使用 5.4.4. 対称型および非対称型マルチプロセッシング・モード (SMPおよびAMP)
5.5. Linuxに向けたソフトウェア開発プラットフォームの構築 x
5.5.1. Linux*向けゴールデン・システム・リファレンス・デザイン (GSRD) 5.5.2. ソースコード管理における考慮事項
5.9. 開発、デバッグ、およびトレースに向けたソフトウェア・ツールの選択 x
5.9.1. ソフトウェア・ビルド・ツールの選択 5.9.2. ソフトウェア・デバッグ・ツールの選択 5.9.3. ソフトウェア・トレース・ツールの選択
5.10. ブートおよびコンフィグレーションにおける考慮事項 x
5.10.1. コンフィグレーション・ソース 5.10.2. コンフィグレーション・フラッシュ 5.10.3. コンフィグレーション・クロック 5.10.4. HPSブートオプションの選択 5.10.5. HPSブートソース 5.10.6. リモート・システム・アップデート (RSU)
5.12. フラッシュの考慮事項 x
5.12.1. フラッシュのプログラミング方法 5.12.2. FPGAコンフィグレーションおよびHPS大容量ストレージへのシングルフラッシュの使用
6. Stratix 10 SoC FPGAに関連する推奨リソース x
6.1. デバイスのドキュメント 6.2. ツールとソフトウェアのウェブページ 6.3. インテル® Stratix® 10 SoC FPGAに関連する推奨リソースの改訂履歴
1. インテル® Stratix® 10 SoCデバイスのデザイン・ガイドライン概要
2. Stratix 10 SoC FPGAのボード・デザイン・ガイドライン
3. Stratix 10 SoC FPGAのFPGAとの接続
4. Stratix 10 SoC FPGAのシステムに関する考慮事項
5. インテル® Stratix® 10 SoC FPGA向けエンベデッド・ソフトウェアのデザイン・ガイドライン
6. Stratix 10 SoC FPGAに関連する推奨リソース

2.3.1.2.1. GMIIおよびMII

GMIIおよびMIIは、EMAC信号をFPGAコア・ルーティング・ロジックに駆動し、最終的にFPGA I/OピンまたはFPGAコアの内部レジスターに駆動することで、 インテル® Stratix® 10でのみ使用可能です。

ガイドライン: タイミング制約を適用し、Timing Analyzerでタイミングを検証します。

配線遅延はFPGAコアとI/O構造で大きく異なる可能性があるため、タイミングレポートを確認し、特にGMIIの場合は、タイミング制約を作成することが重要です。GMIIは125 MHzのクロックを備えており、RGMIIとは異なり単一データレートです。ただしGMIIでは、CLKとDATAのスキューに関してRGMIIと同じ内容を考慮する必要はありません。信号はネガティブエッジで起動され、立ち上がりエッジでキャプチャーされることで、デザインによって自動的に中央に配置されます。

ガイドライン: インターフェイスI/OはFPGA I/O境界で登録します。

コアおよびI/Oの遅延は8 nsを簡単に超えるため、 インテル® ではこれらのバスを各方向でI/Oエレメント (IOE) レジスターに登録し、それらがコアFPGAロジック・ファブリックを移動する際にアライメントが維持されるようにすることを推奨しています。送信データと制御では、HPS EMACからのemac[0,1,2]_gtx_clk出力の立ち下がりエッジでこれらの信号をラッチすることにより、clock-to-data/controlの関係を維持します。受信データと制御は、FPGA I/O入力においてPHYをソースとするRX_CLKの立ち上がりエッジでラッチします。

ガイドライン: MIIモードの送信タイミングを検討します。

MIIは、PHYが100 Mbpsモードの場合は25 MHz、PHYが10 Mbpsモードの場合は2.5 MHzであるため、最短クロック周期は40 nsです。PHYは、送信方向と受信方向の両方にクロックを供給します。送信タイミングはPHYによって供給されるTX_CLKクロックに相対するため、ターンアラウンド・タイムが懸念されることがありますが、40 nsの長いクロック周期のため通常問題ではありません。

リファレンス・クロックはFPGAを介して送信され、その後データに出力されます。15 nsの入力セットアップ時間を考慮すると、往復の遅延は25 ns未満でなければなりません。送信データと制御は、PHYをソースとするTX_CLKのネガティブエッジでHPS EMAC送信パスロジックによってFPGAファブリックに起動されます。これにより、40 nsのクロックからセットアップまで (Clock-to-Setup) のタイミング・バジェットのうち20 nsが取られることに注意してください。

PHYからSoCボードの伝播遅延を引き起こすデータ到着タイミングにおける往復のクロック・パス遅延に加え、SoCピンからHPS EMAC送信クロック・マルチプレクサーでの内部パス遅延が残りの20 nsのセットアップ・タイミング・バジェットを消費するため、MIIモードの送信データと制御では、場合によってはFPGAファブリックのphy_txclk_oクロック出力レジスターの立ち上がりエッジに、送信データと制御をリタイミングする必要があります。

レベル 2 の表題