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

6.1.2. インテル® FPGA Power and Thermal Calculator

表 50.   インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorのチェックリスト
番号 チェック欄 チェックリストの項目
1   インテル® FPGA Power and Thermal Calculator を使用して消費電力を見積もり、冷却ソリューションおよび電源のプランニングをロジックデザインの完了前に行います。

FPGAの消費電力はデザインの重要な考慮事項であり、正確に見積もる必要があります。これにより、適切な電力バジェットを策定し、電源、電圧レギュレーター、デカップラー、ヒートシンク、および冷却システムをデザインします。電力の見積もりと解析には、次の2つの重要なプランニング要件があります。

  • 熱プランニング: 冷却ソリューションによって、デバイスから発生した熱を十分に放熱させる必要があります。特に、計算されたジャンクション温度は、通常のデバイス仕様内に収める必要があります。
  • 電源プランニング: 電源から十分な電流を供給し、デバイス動作をサポートする必要があります。

FPGA デバイスの消費電力は、ロジックデザインに依存します。この依存関係によって、早期ボード仕様およびレイアウトの段階での消費電力の見積もりが困難になることがあります。 インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorツールを使用すると、電力使用率の見積もりをデザインの完成前に行うことができます。そのためには、デザインで使用するデバイスやデバイスリソースのほか、動作周波数、トグルレート、および環境考慮事項に関する情報を処理します。このツールを使用して熱デザイン・パラメーターを取得し、それにより詳細な熱シミュレーションおよび冷却ソリューション・デザインを実行します。

既存のデザインがない場合は、デザインで使用するデバイスリソース数を見積もり、手動で入力します。 インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorツールの精度は、入力内容とデバイスリソースの見積もりにかかっています。この情報がデザイン中またはデザイン完了後に変更されると、電力見積もり結果の精度が低下してしまいます。既存のデザイン、または部分的にコンパイルが完了したデザインがある場合は、 インテル® では、 インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorから インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアのパワー・アナライザーに切り替えることをお勧めします。

.qptc ファイルを インテル® Agilex™ ベースのデザイン向けに作成するには、 インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアのProject メニューからGenerate Power and Thermal Calculator Import Fileを選択します。.qptc ファイルの インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorへのインポートは、情報を変更する前に行っておいてください。また、ファイルをインポートした後に、すべての情報を確認してください。 インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアからファイルをインポートすると、すべての入力値が、 インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアで指定したデザインとデザイン設定に基づいて入力されます。

この方法を使用したくない場合は、手動で インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorツールにデータを入力することができます。既存の インテル® Quartus® Primeプロジェクトによって表されるのが、完全なデザインの一部のみという場合は、最終的なデザインで使用する追加のリソースを手動で入力する必要があります。 インテル® FPGA Power and Thermal Calculatorツールへの入力の編集や、デバイスリソースの追加、パラメーターの調整は、電力見積もりファイルの情報をインポートした後でできます。

デザインが完了すると、 インテル® Quartus® Prime開発ソフトウェアのパワー・アナライザー・ツールでは、電力をさらに正確に見積もり、熱バジェットと電源バジェットに違反しないようにします。電力を最も正確に見積もるには、サードパーティー・シミュレーション・ツールの出力ファイル (.vcd) のゲートレベルのシミュレーション結果を使用します。

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レベル 2 の表題