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

5.4.2. FPGA EMIFデザインの考慮事項

表 41.  FPGA EMIFのチェックリスト
番号 チェック欄 チェック項目
1   各メモリー・インターフェイスに外部メモリー・インターフェイス Agilex™ 7 FPGA IPコアを使用します。また、該当するドキュメントに記載されている接続ガイドラインと制約に従います。
2   特定のサブバンクでは、ほとんどのメモリーピンは専用の位置に結び付けられています。EMIFインターフェイスで可能なピンの使用方法に関しては、 Agilex™ 7 External Memory Interface Pin Informationを参照してください。ピンの割り当てに関しては、 Agilex™ 7デバイスファミリーのピン接続ガイドラインを参照してください。
3   External Memory Interfaces Intel Calibration IPを生成し、同じI/O行にあるすべてのEMIFインターフェイスに接続します。

Agilex™ 7デバイスの効率的なアーキテクチャーでは、迅速かつ簡単に、幅の広い外部メモリー・インターフェイスを小型のモジュラーI/Oバンクにフィットさせることができます。 Agilex™ 7 FPGAでは、上部または下部のI/O行の任意のI/OバンクでDDR外部メモリーをサポートすることができます。メモリー・インターフェイスでは、1つまたは複数のサブバンクを占有することができます。複数のサブバンクが必要な場合、そのサブバンクは連続している必要があります。

Agilex™ 7デバイスでは、データストローブDQSおよびデータDQのピン位置は固定されています。デバイスのピン配置を設計する前に、メモリー・インターフェイスのガイドラインを参照し、これらの信号およびその他のメモリー関連の信号の接続に関する詳細および重要な制約を確認します。

アドレス/コマンド・バンク内のアドレスピンおよびコマンドピンは、固定ピン配置スキームに従う必要があります。これは、IPコアとともに生成される <variation_name>_readme.txt ファイルで定義されています。ピン配置スキームは、メモリー・インターフェイスのトポロジーによって異なります。ピン配置スキームは、従う必要があるハードウェア要件です。スキームには、アドレスピンおよびコマンドピンの実装に3レーンが必要なものと、4レーンが必要なものがあります。

自己校正型の外部メモリー・インターフェイスIPコアは、 Agilex™ 7のI/O構造を活用するように最適化されています。外部メモリー・インターフェイスIPコアを使用すると、外部メモリー・インターフェイスの機能を設定し、物理インターフェイス (PHY) をシステムに最適な形でセットアップすることができます。インテルFPGA IPコアを使用してデバイスに複数のメモリー・インターフェイスを設計する場合は、一度設計して複数回インスタンス化するのではなく、各インスタンスに一意のインターフェイスを生成すると良好な結果が得られます。

Agilex™ 7デバイスでは、キャリブレーションIPはEMIF IPコアとは別にインスタンス化されます。すべてのEMIF IPコアをキャリブレーションIPに接続する必要があります。1つのキャリブレーションIPのみを1つのI/O行に含めることができます。複数のEMIF IPコアが同じI/O行にある場合は、その行のすべてのインターフェイスを同じキャリブレーションIPに接続します。

次のチェックリストは、EMIFユーザーガイドに記載されている制約を補足するものです。
表 42.   Agilex™ 7 Fシリーズおよび Agilex™ 7 IシリーズにおけるFPGA EMIFピンの制約
番号 チェック欄 チェック項目
1   特定のバンク (2つのサブバンクがあり、1つはEMIFで使用し、もう1つはGPIOで使用) の96ピンはすべて、同じ電圧レベルを共有します。
2   EMIFインターフェイスの使用されているデータバンクまたはアドレス/コマンド・バンクのI/Oレーンの未使用ピンは、GPIO信号としては許可されません。
3   データレーン内にデータ・マスク・ピンを任意に配置することは許可されていません。DM/RDI/WDBIが有効になっている場合、ピン・インデックス6をデータ・マスク・ピンとして使用する必要があります。
4   インテル® では、すべての外部メモリー・インターフェイスに独自のPLLリファレンス・クロック・ソースを備えることを推奨しています。クロックと電圧に関しては、 Agilex™ 7デバイス・データシートを参照してください。
5   すべてのEMIFインターフェイスに独自のRZQピンがあり、アドレス/コマンド・タイルのレーン2、ピン・インデックス2に配置するようにします。
表 43.   Agilex™ 7 MシリーズにおけるFPGA EMIFピンの制約
番号 チェック欄 チェック項目
1   特定のバンク (2つのサブバンクがあり、1つはEMIFで使用し、もう1つはGPIOで使用) の96ピンはすべて、同じ電圧レベルを共有します。
2   EMIFインターフェイスの使用されているデータバンクまたはアドレス/コマンド・バンクのI/Oレーンの未使用ピンは、GPIO信号としては許可されません。
3   データレーン内にデータ・マスク・ピンを任意に配置することは許可されていません。DM/RDI/WDBIが有効になっている場合、ピン・インデックス6をデータ・マスク・ピンとして使用する必要があります。
4   インテル® では、すべての外部メモリー・インターフェイスに独自のPLLリファレンス・クロック・ソースを備えることを推奨しています。クロックと電圧に関しては、 Agilex™ 7デバイス・データシートを参照してください。
5   すべてのEMIFインターフェイスに独自のRZQピンがあるようにします。
表 44.  初期のボード立ち上げ時に推奨されるボードに関するガイドライン
番号 チェック欄 チェック項目
1   ボード・シミュレーションを実行し、アドレス/コマンドおよびデータパスに十分なマージンがあることを確認します。
2   DIMMがあり、デザインに使用していない場合は、FPGAからのすべての信号をDIMMに接続します (例えば、広いアドレス幅、すべてのCS/CKE/ODT信号)。
3   電圧レール、アドレス/コマンド・チャネル信号、および1つのデータレーンにプローブポイントがあるようにします。
4   プログラム可能なリファレンス・クロック・ジェネレーターをEMIFに使用し、複数の動作周波数をサポートします。
5   ソケット/冷却ソリューション、およびDIMMのロジック・アナライザー・インターフェイスには十分なクリアランスを残します。

上記のガイドラインでは、ボードが十分なマージンをもって設計され、クリティカルな信号のプローブを容易にし、デバッグ時に電圧レールが安定することを保証します。インターフェイスが低速で動作している場合は、そのインターフェイスは正しくピン配置されて機能しています。

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レベル 2 の表題