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 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 ガイドライン: インテルでは、デバイスがクロックを供給する場合のUSB PHYモードと、外部クロックがソースの場合のUSB PHYモードをどちらもサポートするようにボードをデザインすることを推奨しています。 ガイドライン: USB信号のトレース長が最小になっていることを確認します。 ガイドライン: シグナル・インテグリティーが考慮されていることを確認します。 ガイドライン: OTG動作を使用する場合はデザインを適切に行います。
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

4.1.2. USBインターフェイスのデザイン・ガイドライン

インテル® Stratix® 10 HPSでは、1.8 Vの専用HPS I/Oを使用し、組み込みUSB MACを業界標準のUSB 2.0 ULPI PHYに直接接続することができます。FPGA配線リソースを使用せず、タイミングが固定されているため、デザインは簡潔になります。

このガイドでは、サポートされているすべてのPHY動作速度 (高速HS 480 Mbps、フルスピードFS 12 Mbps、および低速LS 1.5 Mbps) を網羅するデザイン・ガイドラインについて説明します。

ガイドライン: インテルでは、デバイスがクロックを供給する場合のUSB PHYモードと、外部クロックがソースの場合のUSB PHYモードをどちらもサポートするようにボードをデザインすることを推奨しています。

Stratix 10 SoC開発キットはMicrochip USB3320 USB PHYを使用します。このデバイスは、HPS USBモジュールで動作することが知られています。

インテルStratix 10 SoCのULPI MACとPHY間のインターフェイスは、8ビットのデータと次の制御信号で構成されます。
  • STP
  • NXT
  • DIR

最後に、60 MHzの静的クロックがPHYまたは外部オシレーターから駆動され、一部のHPSからUSB MACのレジスターアクセスなどの動作に必要とされます。PHYメーカーより提供されているリセットおよび電源投入に関する推奨事項に従っていることを確認してください。

USB PHYが入力クロックモードと出力クロックモードをどちらともサポートする場合、インテルでは、ボードをどちらのモードもサポートするようにデザインし、潜在的なタイミング問題を軽減できるようにすることを推奨します。通常これらのモードは、HighまたはLowにプルされる受動ブートストラップ・ピンで選択されます。
  • 出力モード—出力クロックモードでは、クロックはUSB PHYによって生成されます。信号はすべてこのクロックに同期しています。
    図 17. 出力モード
  • 入力モード—入力クロックモードでは、PHYは外部ソースからのクロックを受信します。信号はすべてこのクロックに同期しています。このモードにおいてクロックは、FPGAのPLLまたは外部ソースで生成できます。
    図 18. 入力モード

ガイドライン: USB信号のトレース長が最小になっていることを確認します。

60 MHzにおける周期は16.67 nsであり、その間に、例えばクロックは外部PHYからMACに移動し、そしてデータおよび制御信号はMACからPHYに移動する必要があります。往復遅延があるため、クロックおよびULPI信号の最大長は重要です。予備のタイミングデータに基づき、最大長は7インチ未満にすることが推奨されます。これは5 nsのTco仕様のPHYに基づいています。仕様がそれよりも遅い場合は、それに応じて全長を短くする必要があります。
図 19. トレース長
バスのUSB PHY側にセットアップ・タイミングのマージンがほとんどない場合、PHYを入力クロックモードに切り替え、60 MHzのクロックソースをボードから供給することができる場合があります。
図 20. システム図とボード仕様

ガイドライン: シグナル・インテグリティーが考慮されていることを確認します。

シグナル・インテグリティーは主に、PHYからHPSのMACに駆動されるCLK信号において重要です。これらの信号は最大長のポイントツーポイントであるため、通常は終端せずに実行できますが、インテルでは、トレースをシミュレーションし反射を最小限に抑えることを推奨しています。シミュレーションで特に示されない限り、FPGAからの50 Ω出力設定を使用することが一般的に推奨されます。可能であれば、PHYベンダーが提供する同様の設定を使用します。

ガイドライン: OTG動作を使用する場合はデザインを適切に行います。

On-the-Go (OTG) 機能を使用する場合、SoCはホストまたはエンドポイントになることができます。ホストモードにおいては、USBフラッシュドライブをサポートしている場合や、潜在的にUSBハードドライブをサポートしている場合などの電力供給を考慮してください。これらの電力要件と逆電流は通常、インテルStratix 10 SoC FPGA 開発キットで使用されているような外部ダイオードと電流リミッターを使用し考慮する必要があります。

インテルStratix 10 SoC 開発ボードの回路図に関しては、Stratix 10 FPGA Development Kit User Guideを参照ください。

レベル 2 の表題