AN 886: Agilex™ 7 デバイスのデザイン・ガイドライン

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ID 683634
日付 10/09/2023
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ドキュメント目次
ドキュメント目次 x
1. Agilex™ 7デバイスのデザイン・ガイドラインの概要 2. システムの仕様 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の考慮事項 7. デザインの実装、解析、最適化、および検証 8. デバッグ 9. Agilex™ 7 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. Agilex™ 7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. Agilex™ 7デバイスのデザイン・ガイドラインの概要の改訂履歴
2. システムの仕様 x
2.1. デザインの仕様 2.2. 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 Agilex™ 7 HPSの使用 2.8. システムの仕様の改訂履歴
2.3. IPの選択 x
2.3.1. 利用可能なHPS IPの評価 2.3.2. ソフト/ハードIPおよびI/Oインターフェイスの選択
2.5. デザインエントリーの準備 x
2.5.1. コーディング・スタイルと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、および乗算器の密度 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. NoCのデザインエントリー 5.4. EMIFに関する考慮事項 5.5. Nios® ソフトウェア・プロセッサーIP 5.6. トランシーバーのプランニング 5.7. リコンフィグレーション 5.8. 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のクロックおよびリセットに関するデザインの考慮事項 5.1.4. リセット・コンフィグレーション 5.1.5. HPSピンの多重化におけるデザインの考慮事項 5.1.6. HPS I/Oの設定: 制約とドライブ強度 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とHPS間のインターフェイス接続 5.1.9. Agilex™ 7 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のクロックおよびリセットに関するデザインの考慮事項 x
5.1.3.1. HPSのクロック・プランニング 5.1.3.2. 早期のピン・プランニングとI/O割り当ての解析 5.1.3.3. HPSクロック、リセット、PoRのピン機能と接続 5.1.3.4. 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 5.1.3.5. 内部クロック
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およびRGMII PHYインターフェイス 5.1.7.1.3. FPGA I/Oを介して接続される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と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. HPS-to-FPGAインターフェイス・デザインに推奨される開始点 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 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可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. クロックおよびリセットに関するデザインの考慮事項 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ピン割り当ての作成 5.2.2.2. FPGAデバイスの早期ピン・プランニングとI/O割り当ての解析 5.2.2.3. I/Oの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機能に関するガイドライン 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の機能およびピン接続 x
5.2.2.3.1. I/Oの信号タイプ 5.2.2.3.2. 選択可能な規格と柔軟に使用できる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. Agilex™ 7のI/O機能
5.2.2.5. PLL機能に関するガイドライン 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. NoCのデザインエントリー x
5.3.1. NoCアーキテクチャーの基本 5.3.2. NoCのデザインフロー 5.3.3. NoC IPのコンフィグレーション 5.3.4. NoC IPのインスタンス化 5.3.5. NoCの割り当て 5.3.6. NoCの物理的配置 5.3.7. コンパイル 5.3.8. シミュレーション
5.4. EMIFに関する考慮事項 x
5.4.1. メモリー・インターフェイス 5.4.2. FPGA EMIFデザインの考慮事項
5.5. Nios® ソフトウェア・プロセッサーIP x
5.5.1. Nios® V 5.5.2. Nios® II
6. ボードおよびソフトウェアの考慮事項 x
6.1. システムおよびボードの早期プランニング 6.2. Agilex™ 7 SoC FPGAのボード・デザイン・ガイドライン 6.3. ボードデザインにおける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. 熱管理とデザイン 6.1.4. 熱管理のための温度検知 6.1.5. 電圧センサー 6.1.6. デバイスの電源投入 6.1.7. 電源ピンの接続と電源 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. 電源ピンの接続と電源 x
6.1.7.1. デカップリング・コンデンサー 6.1.7.2. PLLに関するボード・デザイン・ガイドライン 6.1.7.3. トランシーバーに関するボード・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と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. Quartus® Primeの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. インテル® FPGA ダウンロード・ケーブル
6.1.8.4. Quartus® Primeの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・トレースのシグナル・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. Agilex™ 7 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とトレース
6.3. ボードデザインにおけるピン接続に関する考慮事項 x
6.3.1. ボードに関連する Quartus® Prime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. ボードレベルのシミュレーションとI/Oの高度なタイミング解析
6.3.1. ボードに関連する Quartus® Prime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. デバイスリソース使用率レポート 7.3. Quartus® Primeのメッセージ 7.4. タイミング制約と解析 7.5. エリアおよびタイミングの最適化 7.6. パフォーマンスの維持とコンパイル時間の短縮 7.7. Hyperflex® でのデザイン 7.8. シミュレーション 7.9. 消費電力の解析 7.10. 消費電力の最適化 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. タイミング制約と解析 x
7.4.1. タイミングの最適化と解析に推奨される割り当て
7.10. 消費電力の最適化 x
7.10.1. デバイスおよびデザインの消費電力最適化手法 7.10.2. 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. メモリー消費電力の削減 7.10.1.4. I/O消費電力に関するガイドライン
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. Agilex™ 7 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. アプリケーションに対するオペレーティング・システムの選択 9.8. Linux*に向けたソフトウェア開発プラットフォームの構築 9.9. 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 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. テストと検証 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. アプリケーションに対するオペレーティング・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マルチプロセッシング (SMPおよびAMP) モードの使用
9.8. 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
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おける考慮事項
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とHPS大容量ストレージに対する単一フラッシュの使用
1. Agilex™ 7デバイスのデザイン・ガイドラインの概要
2. システムの仕様
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の考慮事項
7. デザインの実装、解析、最適化、および検証
8. デバッグ
9. Agilex™ 7 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

9.6. ブートローダー・ソフトウェアの選択

Agilex™ 7 SoC HPSの一般的なブートフローを次の図に表します。

図 15.  Agilex™ 7 SoCの一般的なブートフロー

ブートローダー・ソフトウェアは、ソフトウェア開発プラットフォームにおける最も重要なコンポーネントの1つです。ブートローダーでは、システムを初期化し、次のブートイメージであるオペレーティング・システムまたはベアメタル・アプリケーションに制御をロードして渡します。

Agilex™ 7 SoCブートローダー ・ソフトウェアは、次の2つの異なるステージに分かれています。
  • First Stage Bootloader (FSBL): SDMによってFPGAコンフィグレーション・ビットストリームからHPS側のオンチップメモリーにロードされます。
    • HPSをコンフィグレーションするために不可欠な初期のハードウェア設定を提供
    • ソフトウェア機能によりHPSのフラッシュおよびペリフェラル・コンポーネントを制御
    • ユーティリティーにより早期デバッグおよびトラブルシューティングが可能
  • Second Stage Bootloader (SSBL): FSBLによってDDRAMにロードされます。FSBLよりもはるかに多くの機能 (ネットワーク・アクセス、コマンドライン・インターフェイス、スクリプティング・サポートなど) を備える場合があります。
Agilex™ 7では、複数のブートローダーが有効です。
  • U-Bootブートローダー: オープンソース・コミュニティーから入手可能な機能の一部を継承しています。Linux* OSユーザーの間で広く利用されています。U-Bootブートローダーは、GPLライセンスによって管理されています。
  • UEFIブートローダー: 機能が豊富で、RTOSユーザーに広く利用されています。オープンソースのBSDスタイルライセンスで管理されています。
  • ATF (ARM Trusted Firmware) ブートローダー: UEFIで使用され、第1ステージ・ブートローダーのみを提供します。BSDスタイルライセンスを使用し、SSBLの代わりにベアメタル・アプリケーションを直接ロードするために使用することができます。

ガイドライン: ソフトウェア開発プラットフォームに適したブートローダーを選択するには、最新バージョンを使用して、GPLおよびオープンソースのBSDライセンスについて十分に理解し、求める要件に最適なライセンス条項を検討します

一般的なHPSシステムには数百個のレジスターがあります。レジスターは、MPUサブシステム、ネットワーク・オンチップ・インターコネクト・コンポーネント、DDRAMメモリー、フラッシュ・ブート・ソース、およびペリフェラル・インターフェイスの特定のコンフィグレーションに対して設定する必要があります。

ガイドライン: 必要となる初期化設定の量を考えると、ブートローダーをゼロから作成することは推奨されません。提供されているブートローダーのオプションには、HPSのさまざまな部分に対する最適なデフォルトのコンフィグレーション設定が含まれています

レベル 2 の表題