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アルテラのソフトコア・プロセッサ Nios II の紹介
アルテラの アルテラのソフトコア・ ソフトコア・プロセッサ Nios II の紹介 2007年 4月 17日 日本アルテラ株式会社 マーケティング部 ディレクター 堀内伸郎 © 2007 Altera Corporation 32 ビット RISC プロセッサ・コア − 性能重視 (Nios II / f) − 性能 ・コストのバランス （Nios II / s) − サイズ（コスト）重視 (Nios II / e） − 256 個までのカスタム命令 デバッグ オン・ オン・チップ ROM 柔軟なシステム生成ツール − 豊富な IP ライブラリ − 内部接続を自動生成 − ユーザ・ロジックの統合 オン・ オン・チップ RAM ソフトウェア開発環境 − Nios II CPU キャッシュ Nios II IDE Nios II システム システム・ ・インタコネクト インタコネクト・ ・ファブリック Nios® II エンベデッド・ エンベデッド・プロセッサの プロセッサの概要 UART GPIO タイマ SPI SDRAM コントローラ GPIO : General Purpose I/O SPI : Serial Peripheral Interface ロイヤリティ不要、永久ライセンス − ユーザの ユーザの アルテラの Stratix® FPGA シリーズ、 ロジック Cyclone® FPGA シリーズ、 および HardCopy® シリーズをサポート © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 2 ユーザ設計部分 ユーザ設計部分 Nios II の開発環境 アルテラ Nios II 開発キット：累計20,000セット出荷済み − Nios II プロセッサ・コア, 周辺機能 IP & 永久ライセンス − Nios II Embedded Design Suite （EDS） Nios II IDE、TCP / IPスタック − 開発ソフトウェア・ツール Quartus® II & SOPC Builder − FPGA 搭載済み開発ボード − ダウンロード / デバッグ・ ケーブル − リファレンス・デザイン パートナーによるサポート Edge Tools © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 3 axLinux ソフトコア Nios II の利点 低コストな コストな 組込み 組込みソリューション 低コストな コストな FPGAによる カスタム・ カスタム・マイコン 高性能 SOPC 高速な な FPGAと 高速 複数個 複数 個のプロセッサ Cyclone® III & Nios II/e Stratix® III & Nios II/f © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 4 ソフトコア・ ソフトコア・プロセッサ Nios II の利点 フレキシブルな フレキシブルな機能セット 機能セットの実現 セット − 規格の変更に迅速に適応 − 開発終了間近でも機能追加・変更が可能になり、新しい市場ニーズに対応 − カスタム・ハードウェアの追加により、競争力の強化が可能 システム性能 システム性能の増強 性能 − ソフトウェアと同様に、容易にハードウェアによるシステム・アップデート − 競合への対応、顧客・市場要求の変化への対応、規格の拡張・進化への対応 開発期間の短縮 開発期間 − IP （設計資産）の再利用による迅速な開発 − システムレベル設計･統合ツール、デバック環境による期間短縮 設計資産と製品のライフサイク ライフサイクルを拡大 ライフサイク − 設計資産として保有、FPGAの変更によるアップグレード − 外部デバイスの変更にも容易に対応 − 大量生産に対する HardCopy （ASIC） への移行 © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 5 Nios II 採用例 ： 通信市場 © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 6 Nios II 採用例 ： 民生＆ 民生＆産業機器 © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 7 Nios II の活用例（ 活用例（1）： ）： カスタム・ カスタム・マイクロコントローラ Nios II プロセッサ プロセッサ使用前 使用前 USB USB CPU CPU SDRAM SDRAM VGA VGA コントローラ コントローラ 10/100 10/100 イーサネット イーサネット MAC MAC 10 10 個 個の の UART UART CPU 外部 外部に に複数 複数の 個別デバイス デバイスを を使用 の個別 デバイス 「供給中止 供給中止」」 の危険 危険が が大きい © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 8 カスタム・ カスタム・マイクロコントローラ Nios II プロセッサ プロセッサ使用後 使用後 Nios II CPU UART UART UART UART UART SDRAM UART UART UART UART UART SDRAM コントローラ Avalon インタコネクト インタコネクト・ ・ファブリック ホスト PC JTAG Altera® FPGA VGA コントローラ USB コントローラ Custom Logic 10/100 イーサネット MAC Systemソリューションによる System-onon-a-Programmablerogrammable-Chip ソリューション による アーキテクチャは 供給中止」」 にならない アーキテクチャ は 「供給中止 © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 9 Nios II の活用例（ ）： 既存 CPUの のオフロード 活用例（2）： Nios II プロセッサ プロセッサ使用前 使用前 PowerPC PowerPC ユーザ・ ユーザ ユーザ・ ユーザ・・ デザイン デザイン I/O I/O I/O I/O I/O I/O FPGA CPU 性能 性能が 処理により により制限 制限される が I/O 処理 により 制限 される © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 10 既存 CPU のオフロード Nios II プロセッサ プロセッサ使用後 使用後 PowerPC PowerPC I/O I/O I/O CPU 性能の 性能の 向上 FPGA ユーザ・ ユーザ ユーザ・ ユーザ・・ デザイン デザイン Nios Nios IIII © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 11 I/O I/O I/O 既存 CPU のオフロード Nios II プロセッサ プロセッサ使用後 拡張）） 使用後 （拡張 PowerPC PowerPC I/O I/O I/O CPU 性能の 性能の 向上 Nios Nios IIII I/O I/O I/O Nios Nios IIII I/O I/O I/O ユーザ・ ユーザ ユーザ・ ユーザ・・ デザイン デザイン 単体の 場合よりも メイン CPU 単体 の場合 よりも 非常に に大きな I/O バンド バンド幅 非常 幅のキャパシティ © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 12 Nios II の活用例（ 活用例（3）： ）： I/O プロセッシングの プロセッシングの分散処理 MAC DMA APEX 20K Nios MAC パケット バッファ DMA パケット バッファ Nios MAC DMA アルテラ FPGA ユーザ・ ユーザ・ ロジック パケット バッファ Nios MAC DMA パケット バッファ Nios II Nios スケーラブルな なカスタム I/O ストリーミング ストリーミングの 処理を を拡張 スケーラブル の処理 © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 13 プロセッサ・ プロセッサ・システムの システムの性能対策 FPGA CPU CPU カスタム カスタム 命令 命令 ハードウェア・ アクセラレータ FPGA マルチ･プロセッサ・ システム FPGA CPU CPU CPU CPU ハードウェア・ ハードウェア・ アクセラレータ アクセラレータ 外部の 外部の CPU CPU か か DSP DSP ハードウェア・ ハードウェア・ アクセラレータ アクセラレータ 個々の CPU 性能を 向上させる （アプリケーションに 特化した命令を追加） データ・トランスフォームの アルゴリズムを加速化 （アプリケーションに特化した ハードウェアを追加） Nios II のカスタム・イン Nios II の C-to-H コンパイラ が ソフトウェア性能の ストラクション機能で サポート ボトルネック部分を アクセラレーション （メイン・ルーチンのコードは 同一のまま） インタフェース インタフェース カスタム命令 CPU CPU CPU CPU CPU CPU プロセッサの追加 （内部、および / または外部） 課題： 課題： マルチコア対応 マルチコア対応OS TOPPERS-Pro マルチ/FDMP マルチ © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 14 Nios II と TOPPERS-Proマルチ マルチ/FDMP マルチ Nios II エンベデッド・プロセッサによる利点 − − − − マルチ・コアのシステムによる利点 − − − − − カスタムな機能セット スケーラブルなパフォーマンス システム・コストの低減 製品寿命の拡大、供給中止の危険を排除 柔軟性の高い機能 機能分散による高い性能 低い動作クロック、低い消費電力 開発工数の分散、開発期間の短縮 各ソフトウェア・コードの短小化、バグの削減 TOPPERS-Proマルチ/FDMP の利点 − マルチ・コアのシステム、ソフトウェアの高い性能と開発効率を実現 − 商用化によるサポートの充実、製品への採用を促進 © 2007 Altera Corporation Altera, Stratix, Cyclone, MAX, HardCopy, Nios, Quartus, and MegaCore are trademarks of Altera Corporation 15