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FPGA for High Speed Communications
Presentazione Skytechnology (Roma) 2 Skytechnology Confidential
Headquarters
Milano
Via Francesco Gonin
55 Torino
C.so Svizzera, 185 bis
Roma
Via A. Ravà, 124
Sedi
Presentazione Skytechnology (Roma) 3 Skytechnology Confidential
Aerospace e Defense Telecommunication Automotive
Transportation
Home Automation Biomedical
Skytechnology Confidential 3
Mercati
Presentazione Skytechnology (Roma) 4 Skytechnology Confidential
Progettazione e servizio di consulenza
HW FW/SW/V&V TST
Q
Embedded Systems
Market
Offerta
Presentazione Skytechnology (Roma) 5 Skytechnology Confidential
Collaborazioni
Presentazione Skytechnology (Roma) 6 Skytechnology Confidential
Convenzioni con Università
• Università degli studi di Roma “Tor Vergata”
• Università degli studi di L’Aquila
• Università degli studi della Calabria
• Università degli studi Di Cassino
Attività
• Progetti finanziati
• Tirocini/tesi in azienda
• Collaborazioni
7 Skytechnology Confidential
Servizi Hardware
Progetto e realizzazione chiavi in mano di schede elettroniche
• Definizione dei requisiti di dettaglio
• Definizione dell’architettura della scheda
• Definizione procedura di test di validazione
• Progettazione schema elettrico (DxDesigner 7.9.5 flusso Expedition)
• Documentazione di supporto allo sbroglio
• Sbroglio, signal integrity, power integrity (con fornitori qualificati)
• Costruzione CS e montaggio (con fornitori qualificati)
• Progetto e realizzazione attrezzatura di test
• Test di validazione della scheda
8 Skytechnology Confidential
Progetto di FPGA
Progetto e implementazione chiavi in mano di FPGA
• Definizione dei requisiti di dettaglio
• Definizione dell’architettura della FPGA
• Definizione procedura di test di validazione
• Progettazione FPGA (HDL Designer, Quartus II, Vivado, Libero IDE, VHDL)
• Simulazioni funzionali (Modelsim)
• Sintesi, P&R, Analisi di Timing (Vendors Tools)
• Test su HW (EVB, Target board)
• V&V in accordo alla DO-254
• Retargeting per risoluzione di obsolescenza
9 Skytechnology Confidential
Uso di FPGA per comunicazioni veloci
Evoluzione tecnologica delle FPGA
• Blocchi di memoria, blocchi DSP, Processori, Transceiver
• FPGA da semplice glue-logic a core del sistema, utilizzate come
elemento di calcolo, come gateway di comunicazione e per l’acquisizione
e canalizzazione delle informazioni (antenne)
Multi-gigabit Transceiver
• Blocchi HW che consentono la comunicazione su un link seriale fino a
26 Gbps
• FPGA utilizzate come gateway di comunicazione per svariate
applicazioni (datacenter, reti, super-computer)
10 Skytechnology Confidential
Esperienze di Skytechnology
Sistema di analisi dello spettro elettromagnetico • Acquisizione di porzioni dello spettro elettromagnetico • Classificazione e formattazione delle informazioni verso il processore
Supercomputer Apenet+ • Elemento di calcolo GPU Nvidia • FPGA utilizzate per la comunicazione tra i nodi di calcolo
Supercomputer Janus II • Elemento di calcolo FPGA • FPGA utilizzate per la comunicazione tra i nodi di calcolo
TCP-IP Offload Engine (TOE) • Implementazione del protocollo TCP-IP su FPGA • Applicazione della FPGA per scaricare il processore dall’onere
dell’implementazione SW del protocollo e per ridurre la latenza
11 Skytechnology Confidential
Sistema analisi spettro elettromagnetico
Scheda in formato VME-64
• Basata su 2 FPGA Altera Stratix IV GX-230
• 20 link seriali a 2.5 Gbps per lo scambio dei dati con il processore
principale
• 30 link LVDS @ 320 Mbps
• 8 canali analogici @ 80 Msps
• RS-485 transceiver
• Slave VME implementato in FPGA
per il controllo
12 Skytechnology Confidential
Sistema Apenet+
Supercomputer basato su GPU
• Scheda FPGA custom basata su Altera Stratix IV GX-290
• I/F PCIe x8 Gen2 (5 Gbps per lane)
• 24 link seriali a 6.5 Gbps per lo scambio dei dati tra i nodi
di calcolo
• 1 banco di memoria DDR3
• 1 interfaccia 1-Gbit Ethernet
Link to Apenet+ Project
13 Skytechnology Confidential
Sistema Janus II
Supercomputer basato su FPGA • Motherboard (MB) • Scheda Processing (SP) FPGA Virtex 7 • Scheda di Controllo (SC) COM-e + Virtex 7 • La MB ospita 16 SP + 1 IOP consentendo la
comunicazione tra tutti i nodi • Ogni SP ha 36 link seriali a 5 Gbps con le schede
vicine • La IOP ha 16 link seriali a 5 Gbps per il controllo
delle SP nel cassetto • Ogni cassetto comunica con quelli adiacenti
Link to Janus II Supercomputers
14 Skytechnology Confidential
TCP-IP Offload Engine
• Implementazione su FPGA del protocollo TCP-IP • Completamente HW, senza necessità di un processore esterno
• Core scritto in VHDL + IP proprietarie per interfacce
15 Skytechnology Confidential
Prestazioni del TOE
• FPGA TCP Offload Engine (TOE) for networking applications • 1G / 10G + VLAN support + configurable VLAN ID • Layers 2, 3, 4, 5 (datalink, network, transport, and session) • Packet retransmission upon error/lost/out of order • Ethernet, IP and TCP checksum validation • Out-of-order packets reordering • 8 TCP/IP session • ~500ns one way latency • MTU of 1536 bytes • IPv4 • Nagle’s algorithm • Fast retransmission • Congestion avoidance • Slow start • Porting su Altera Stratix V
16 Skytechnology Confidential
VP-2101
Sviluppo di un prodotto
• Scheda Multi-function I/O in formato OpenVPX • 1 x New Altera® Cyclone® V SoC device with ARM® dual-core CPU • PCIe x4 Gen2 interface • 2 x Triple speed Ethernet interface • 2 independent High-speed DDR3 memory banks • SD Flash slot • Optional RS232/422/485, ARINC429, MIL-STD-1553 and CAN expansion modules
• Applicazioni • Input/Output for Avionic, Industrial and Naval applications • Base Communication Module • System on chip application • Modular Avionic
17 Skytechnology Confidential
VP-2101
Attività in corso
• Embedded Linux Porting (YOCTO) • Sviluppo Board Support Package (BSP) per Linux • Progettazione schede di espansione 1553-Arinc429-RS485 • Sviluppo applicazioni Demo per Arm • Sviluppo VHDL per I/F con schede I/O
18 Skytechnology Confidential
VP-2101
FPGAALTERA
Cyclone V SoC
DDR3 1GB
32bit
FPGA
P0
P1
VPX
Signals
P2
User
Defined
Signals
VP
X C
on
ne
cto
rDDR3 1GB
32bit
ARM
ARM
Dual CoreJTAG
PCIe x4 Gen2
Dual Gigabit Ethernet
RS232
CAN
Re
ar I/O
Co
nn
ecto
rs
User Signals via VPX Connector
USB 2.0
JTAG
User Signals via Rear I/O Connector
User Signals via VPX Connector
Micro SD
EEPROM
FLASH QSPI
1Gb
Expansion SLOT1
Expansion SLOT2
VPX Common Board
Exp
Bus
Rear I/O
Connectors
User Signals via
Rear I/O Connector
VP-2101
VP-2101 Mezzanino
VP-2101
Layout Meccanica Conduction Cooled
Andrea Del Re
Skytechnology srl
Via Adolfo Ravà, 124 - 00142 Roma
Tel.: +39 06 45439361
