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 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

9.6. ブートローダー・ソフトウェアの選択

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

図 15.  インテル® Agilex™ 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いて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。

インテル® Agilex™ 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、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) を持つ可能性があります。
いくつかのブートローダーが、 インテル® Agilex™ に対してイネーブルされています。
  • 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: 豊富な機能があり、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で利用され、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、ベアメタル・アプリケーションを直接ロードするためにSSBLの代わりに使用できます。

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ます。また、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、どのライセンス条項がご自身の要件に最適かを検討してください。

一般的なHPSシステムには数百個のレジスターがあます。レジスターの設定は、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行ってください。

ガイドライン: 必要とされる初期化設定の分量を考えると、ブートローダーをゼロから作成することはお勧めしません。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