AN 886: インテル® Agilex™ デバイスのデザイン・ガイドライン

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ID 683634
日付 1/07/2022
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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® Agilex™ デバイスのデザイン・ガイドラインの概要 2. システム仕様 3. デバイスの選択 4. セキュリティーに関する考慮事項 5. デザインエントリー 6. ボードおよびソフトウェアに関する考慮事項 7. デザインの実装、解析、最適化、および検証 8. デバッグ 9. インテル® Agilex™ 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
1. インテル® Agilex™ デバイスのデザイン・ガイドラインの概要 x
1.1. デザインフロー 1.2. インテル® Agilex™ デバイスのデザイン・ガイドラインの概要の改訂履歴
2. システム仕様 x
2.1. デザインの仕様 2.2. インテル® Quartus® Prime 開発ソフトウェアのインストール 2.3. IPの選択 2.4. シミュレーション 2.5. デザインエントリーの準備 2.6. I/Oの概要 2.7. デバイスでの インテル® Agilex™ HPSの使用 2.8. システム仕様の改訂履歴
2.3. IPの選択 x
2.3.1. 使用可能なHPS IPの評価 2.3.2. ソフトIPおよびI/Oインターフェイスの選択
2.3.2. ソフトIPおよびI/Oインターフェイスの選択 x
2.3.2.1. IPコア
2.5. デザインエントリーの準備 x
2.5.1. コーディング・スタイルおよびデザインに関する推奨事項 2.5.2. プラットフォーム・デザイナー
3. デバイスの選択 x
3.1. デバイスバリアント 3.2. PLLおよびクロック配線 3.3. ロジック、メモリー、および乗算器の集積度 3.4. I/Oピン数、LVDS SERDESチャネル、およびパッケージの種類 3.5. スピードグレード 3.6. デバイスの垂直移行 3.7. デバイスの選択の改訂履歴
4. セキュリティーに関する考慮事項 x
4.1. セキュリティーに関する考慮事項の改訂履歴
5. デザインエントリー x
5.1. SoCデバイスのデザインエントリー 5.2. FPGAのみで構成されるデバイスのデザインエントリー 5.3. EMIFに関する考慮事項 5.4. Nios® II 5.5. トランシーバーのプランニング 5.6. リコンフィグレーション 5.7. デザインエントリーの改訂履歴
5.1. SoCデバイスのデザインエントリー x
5.1.1. ファイアウォールのプランニング 5.1.2. ブートとコンフィグレーションに関する考慮事項 5.1.3. HPSクロッキングおよびリセットデザインに関する考慮事項 5.1.4. リセット・コンフィグレーション 5.1.5. HPSピン多重化デザインに関する考慮事項 5.1.6. HPS I/O設定: 制約およびドライブ強度 5.1.7. HPSインターフェイスのデザイン・ガイドライン 5.1.8. FPGA-HPS間のインターフェイス接続 5.1.9. インテル® Agilex™ HPSコンポーネントの実装
5.1.2. ブートとコンフィグレーションに関する考慮事項 x
5.1.2.1. HPSブートオプションの選択 5.1.2.2. コンフィグレーション・ソース 5.1.2.3. リモート・システム・アップデート (RSU)
5.1.3. HPSクロッキングおよびリセットデザインに関する考慮事項 x
5.1.3.1. HPSクロック・プランニング 5.1.3.2. 早期ピン・プランニングおよびI/Oアサインメントの解析 5.1.3.3. HPSクロック、リセット、PoRのピン機能および接続 5.1.3.4. リモート・システム・アップデート (RSU) 機能に対するDirect to Factoryピンのサポート 5.1.3.5. 内部クロック 5.1.3.6. HPSペリフェラルのリセット管理
5.1.4. リセット・コンフィグレーション x
5.1.4.1. HPSペリフェラルのリセット管理 5.1.4.2. システムリセットに関する考慮事項
5.1.7. HPSインターフェイスのデザイン・ガイドライン x
5.1.7.1. PHYインターフェイスの選択に関するデザインの考慮事項 5.1.7.2. USBインターフェイスのデザイン・ガイドライン 5.1.7.3. 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 5.1.7.4. フラッシュ・インターフェイスのデザイン・ガイドライン 5.1.7.5. UARTインターフェイスのデザイン・ガイドライン 5.1.7.6. I2Cインターフェイスのデザイン・ガイドライン
5.1.7.1. PHYインターフェイスの選択に関するデザインの考慮事項 x
5.1.7.1.1. HPS EMAC PHYインターフェイス 5.1.7.1.2. RMII InterfaceおよびRGMII PHY Interface 5.1.7.1.3. FPGA I/Oを介して接続したPHYインターフェイス 5.1.7.1.4. デバイスドライバーの可用性の考慮 5.1.7.1.5. MDIO 5.1.7.1.6. シグナル・インテグリティー
5.1.7.4. 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
5.1.7.4.1. 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
5.1.8. FPGA-HPS間のインターフェイス接続 x
5.1.8.1. HPSメモリーマップド・インターフェイスの概要 5.1.8.2. 推奨されるシステムトポロジー 5.1.8.3. スタート地点として推奨されるHPS-to-FPGAインターフェイス・デザイン 5.1.8.4. 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
5.1.8.1. HPSメモリーマップド・インターフェイスの概要 x
5.1.8.1.1. HPS-to-FPGA ブリッジ 5.1.8.1.2. Lightweight HPS-to-FPGA ブリッジ 5.1.8.1.3. FPGA-to-HPSブリッジ 5.1.8.1.4. インターフェイス帯域幅
5.1.8.2. 推奨されるシステムトポロジー x
5.1.8.2.1. システムレベルのキャッシュ・コヒーレンシー ガイドライン: CCUを介してアクセスするデータが1MB L2キャッシュに収まることを確認して、オーバーヘッドのスラッシングを回避します。 ガイドライン: データの小さなバッファーをMPUとシステムマスターとの間で共有する場合は、キャッシュ可能なアクセスをシステムマスターから実行することで、キャッシュフラッシュ動作が原因で発生するオーバーヘッドを回避することを検討してください。 5.1.8.2.2. HPSからFPGAファブリックへのアクセス 5.1.8.2.3. MPUとFPGAのデータ共有 5.1.8.2.4. FPGAからのキャッシュ可能なデータアクセスおよびキャッシュ不能なデータアクセスの例
5.2. FPGAのみで構成されるデバイスのデザインエントリー x
5.2.1. クロッキングおよびリセットデザインに関する考慮事項 5.2.2. I/Oおよびクロックのプランニング
5.2.2. I/Oおよびクロックのプランニング x
5.2.2.1. FPGAピン・アサインメントの作成 5.2.2.2. FPGAデバイスの早期ピン・プランニングおよびI/O Assignment Analysis 5.2.2.3. I/O機能およびピン接続 5.2.2.4. クロックおよびPLLの選択 5.2.2.5. PLL機能のガイドライン 5.2.2.6. クロック・コントロール機能 5.2.2.7. I/O同時スイッチング・ノイズ
5.2.2.3. I/O機能およびピン接続 x
5.2.2.3.1. I/Oシグナリング・タイプ 5.2.2.3.2. 選択可能な規格および柔軟性の高いI/Oバンク 5.2.2.3.3. 兼用ピンおよび特殊ピンの接続 5.2.2.3.4. インテル® Agilex™ I/O機能
5.2.2.5. PLL機能のガイドライン x
5.2.2.5.1. クロック・フィードバック・モード 5.2.2.5.2. クロック出力
5.3. EMIFに関する考慮事項 x
5.3.1. メモリー・インターフェイス 5.3.2. HPS EMIFデザインの考慮事項 5.3.3. FPGA EMIFデザインの考慮事項
5.3.2. HPS EMIFデザインの考慮事項 x
5.3.2.1. HPSからSDRAMへの接続に関する考慮事項 5.3.2.2. HPS EMIF I/Oの位置 5.3.2.3. HPSメモリーのデバッグ
6. ボードおよびソフトウェアに関する考慮事項 x
6.1. システムおよびボードの早期プランニング 6.2. インテル® Agilex™ SoC FPGAのボード・デザイン・ガイドライン 6.3. ボードデザインのピン接続に関する考慮事項 6.4. ボードに関する考慮事項の改訂履歴
6.1. システムおよびボードの早期プランニング x
6.1.1. SmartVID 6.1.2. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator 6.1.3. 熱管理およびデザイン 6.1.4. 温度管理のための温度検知 6.1.5. 電圧センサー 6.1.6. デバイスのパワーアップ 6.1.7. 電源ピンの接続および電源供給 6.1.8. デバイス・コンフィグレーションのプランニング
6.1.7. 電源ピンの接続および電源供給 x
6.1.7.1. デカップリング・コンデンサー 6.1.7.2. PLLボードのデザイン・ガイドライン 6.1.7.3. トランシーバー・ボードのデザイン・ガイドライン
6.1.8. デバイス・コンフィグレーションのプランニング x
6.1.8.1. デバイスの電源再投入およびリコンフィグレーション 6.1.8.2. コンフィグレーション・スキームの選択 6.1.8.3. コンフィグレーション機能 6.1.8.4. インテル® Quartus® Primeコンフィグレーション設定 6.1.8.5. コンフィグレーション・ピンの接続
6.1.8.2. コンフィグレーション・スキームの選択 x
6.1.8.2.1. シリアル・コンフィグレーション・デバイス 6.1.8.2.2. ダウンロード・ケーブル
6.1.8.4. インテル® Quartus® Primeコンフィグレーション設定 x
6.1.8.4.1. オプションのコンフィグレーション・ピン 6.1.8.4.2. 兼用コンフィグレーション・ピン
6.1.8.5. コンフィグレーション・ピンの接続 x
6.1.8.5.1. コンフィグレーション・ピンの電圧レベル 6.1.8.5.2. クロック・トレース・シグナル・インテグリティー 6.1.8.5.3. JTAGピン 6.1.8.5.4. MSELコンフィグレーション・モード・ピン 6.1.8.5.5. その他のコンフィグレーション・ピン
6.2. インテル® Agilex™ SoC FPGAのボード・デザイン・ガイドライン x
6.2.1. HPSのバウンダリー・スキャン 6.2.2. エンベデッド・ソフトウェアのデバッグおよびトレース
6.3. ボードデザインのピン接続に関する考慮事項 x
6.3.1. インテル® Quartus® Primeのボード関連の設定 6.3.2. シグナル・インテグリティーに関する考慮事項 6.3.3. ボードレベル・シミュレーションおよび高度なI/Oタイミング解析
6.3.1. インテル® Quartus® Primeのボード関連の設定 x
6.3.1.1. 未使用ピン
6.3.2. シグナル・インテグリティーに関する考慮事項 x
6.3.2.1. 高速ボードデザイン 6.3.2.2. 電圧リファレンス・ピン 6.3.2.3. 同時スイッチング・ノイズ 6.3.2.4. I/O終端
7. デザインの実装、解析、最適化、および検証 x
7.1. 合成ツールの選択 7.2. デバイスのリソース使用率レポート 7.3. インテル® Quartus® Primeのメッセージ 7.4. タイミング制約およびタイミング解析 7.5. エリアおよびタイミングの最適化 7.6. パフォーマンスの保持およびコンパイル時間の短縮 7.7. インテル® Hyperflex™ でのデザイン 7.8. シミュレーション 7.9. 電力解析 7.10. 消費電力最適化 7.11. デザインの実装、解析、最適化、および検証の改訂履歴
7.4. タイミング制約およびタイミング解析 x
7.4.1. 推奨されるタイミング最適化およびタイミング解析のアサインメント
7.10. 消費電力最適化 x
7.10.1. デバイスおよびデザインの消費電力最適化の手法 7.10.2. インテル® Quartus® Primeの消費電力最適化手法
7.10.1. デバイスおよびデザインの消費電力最適化の手法 x
7.10.1.1. デバイスのスピードグレード 7.10.1.2. クロック消費電力の管理 7.10.1.3. メモリーの消費電力削減 7.10.1.4. I/O消費電力のガイドライン
7.10.2. インテル® Quartus® Primeの消費電力最適化手法 x
7.10.2.1. Power Optimization Advisor
8. デバッグ x
8.1. オンチップデバッグの概要 8.2. オンチップ・デバッグ・ツール 8.3. デバッグの改訂履歴
8.1. オンチップデバッグの概要 x
8.1.1. デバッグツールのプランニング・ガイドライン
9. インテル® Agilex™ 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
9.1. 概要 9.2. ゴールデン・ハードウェア・リファレンス・デザイン (GHRD) 9.3. ソフトウェア要件の定義 9.4. ソフトウェア・アーキテクチャーの定義 9.5. ソフトウェア・ツールの選択 9.6. ブートローダー・ソフトウェアの選択 9.7. 使用アプリケーション向けオペレーティング・システムの選択 9.8. Linux*用のソフトウェア開発プラットフォームのアセンブル 9.9. パートナーOSまたはRTOS用のソフトウェア開発プラットフォームのアセンブル 9.10. ドライバーに関する考慮事項 9.11. ブートとコンフィグレーションに関する考慮事項 9.12. システムリセットに関する考慮事項 9.13. フラッシュに関する考慮事項 9.14. アプリケーションの開発 9.15. テストおよび検証 9.16. エンベデッド・ソフトウェアのデザイン・ガイドラインの改訂履歴
9.5. ソフトウェア・ツールの選択 x
9.5.1. ソフトウェア・ビルド・ツールの選択 9.5.2. ソフトウェア・デバッグ・ツールの選択 9.5.3. ソフトウェア・トレース・ツールの選択
9.7. 使用アプリケーション向けオペレーティング・システムの選択 x
9.7.1. Linux*またはRTOSの使用 9.7.2. 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 9.7.3. 対称型および非対称型のマルチプロセッシング (SMPとAMP) モードの使用
9.8. Linux*用のソフトウェア開発プラットフォームのアセンブル x
9.8.1. Linux*向けゴールデン・システム・リファレンス・デザイン （GSRD） 9.8.2. ソースコード管理に関する考慮事項
9.11. ブートとコンフィグレーションに関する考慮事項 x
9.11.1. コンフィグレーション・ソース 9.11.2. コンフィグレーション・フラッシュ 9.11.3. コンフィグレーション・クロック 9.11.4. HPSブートオプションの選択 9.11.5. HPSブートソース 9.11.6. リモート・システム・アップデート (RSU)
9.13. フラッシュに関する考慮事項 x
9.13.1. フラッシュのプログラミング手法 9.13.2. FPGAコンフィグレーションおよびHPS大容量ストレージの両方に対する単一のフラッシュの使用
1. インテル® Agilex™ デバイスのデザイン・ガイドラインの概要
2. システム仕様
3. デバイスの選択
4. セキュリティーに関する考慮事項
5. デザインエントリー
6. ボードおよびソフトウェアに関する考慮事項
7. デザインの実装、解析、最適化、および検証
8. デバッグ
9. インテル® Agilex™ 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

5.1.8.2.1. システムレベルのキャッシュ・コヒーレンシー

表 26.  デバイスバリアントのチェックリスト
番号 チェック欄 チェックリストの項目
1   使用するマスターとその数を検討します。
2   キャッシュ可能なアクセスの管理方法を決定します。
使用するマスターとその数を次のとおり検討します。
  • MPU
  • DMA
  • マスター・インターフェイスを備えたペリフェラル
  • HPSに接続しているFPGA内のマスター

    キャッシュ・コヒーレンシーは重要なテーマとして、システム内の複数のマスター間でデータを共有する必要がある場合に理解すべきです。SoCデバイスの場合は、こうしたマスターは、MPU、DMA、マスター・インターフェイスを備えたペリフェラル、およびHPSに接続しているFPGA内のマスターです。MPUには、レベル1およびレベル2のキャッシュ・コントローラーが含まれているため、システム内のメインメモリーよりも最新の内容を多く保持できます。HPSでは、2つのメカニズムをサポートし、システム内のマスターによってメモリーのコヒーレント・ビューを確実に監視することができます。2つのメカニズムとは、１つはメインメモリーに最新の値が含まれるようにすることです。もう１つは、ACE-Liteインターフェイスを使用して、マスターからディレクトリー・ベースのCCUファブリックにアクセスすることです。

    MPUでは、バッファーを割り当てて、キャッシュ不能にします。これにより、データのキャッシュが、L1およびL2キャッシュによってされることがなくなります。MPUではまた、キャッシュ可能なデータにアクセスし、ほかのマスターからデータへのアクセスが試行される前に、データをメインメモリーにフラッシュするか、キャッシュ不能のバッファーにコピーすることができます。オペレーティング・システムには、通常、キャッシュ・コヒーレンシーを維持するメカニズムとして上に挙げた２通りの方法が用意されています。

    システム内のマスターからコヒーレント・データにアクセスするには、MPUに依存してデータをキャッシュせずにメインメモリーに配置するか、システム内のマスターを使ってキャッシュ可能なアクセスをCCUを介して実行します。使用するメカニズムは、マスターがアクセスしているメモリーのバッファーサイズによって異なります。

    詳しくは、FPGAに対するインターフェイス のセクションを参照してください。

ガイドライン: CCUを介してアクセスするデータが1MB L2キャッシュに収まることを確認して、オーバーヘッドのスラッシングを回避します。

L2キャッシュのサイズは1MBです。そのため、システム内のマスターから合計サイズが1MBを超えるバッファーに頻繁にアクセスすると、スラッシングが発生します。

キャッシュ・スラッシングの状況になると、データのサイズがキャッシュのサイズを超えるため、キャッシュによる頻繁な削除とメインメモリーへのプリフェッチの実行が起きます。スラッシングにより、データのキャッシュによるパフォーマンス上の利点が打ち消されます。

スラッシングの可能性がある状況では、マスターから非キャッシュ・コヒーレント・データにアクセスし、MPU上で実行されるソフトウェアによってシステム全体のデータ・コヒーレンシーが維持できるようにする方が理にかなっています。

ガイドライン: データの小さなバッファーをMPUとシステムマスターとの間で共有する場合は、キャッシュ可能なアクセスをシステムマスターから実行することで、キャッシュフラッシュ動作が原因で発生するオーバーヘッドを回避することを検討してください。

システム内のマスターからより小さなコヒーレント・データ・ブロックへのアクセスが必要な場合に検討が必要な事項は、MPUからバッファーへのアクセスをキャッシュ可能なメモリーとして実行させ、システム内のマスターからデータへキャッシュ可能なアクセスを実行させることです。ACE-Liteプロトコルを介したCCUへのキャッシュ可能なアクセス は、FPGA-to-HPSブリッジによってサポートされ、マスターとMPUの両方からアクセスするデータが同じコピーであることが保証されます。MPUによるキャッシュ可能なバッファーの使用と、システムマスターによるキャッシュ可能なアクセスの実行により、ソフトウェアでは、システム全体のコヒーレンシーを維持する必要がなくなり、MPUとシステムマスターの両方によって同じデータのコピーの監視ができるようになります。

関連情報
レベル 2 の表題