Systèmes embarqués FPGA et haute performance
Nous concevons des systèmes embarqués haute performance en utilisant des architectures FPGA et SoC là où les solutions basées sur CPU atteignent leurs limites, permettant un traitement parallèle, une faible latence et une exécution déterministe dans des environnements exigeants.
Impact mesuré sur l'architecture des systèmes haute performance
Nos systèmes basés sur FPGA éliminent les goulots d'étranglement du CPU, permettant des performances prévisibles sous forte charge de données et avec des contraintes de temps strictes.
Comment nous concevons des systèmes FPGA haute performance
La performance des FPGA provient de l'architecture, et non de l'optimisation après implémentation. Les décisions précoces définissent le débit, la latence et le comportement du système.
Traitement parallèle par conception
- Les chemins de données sont conçus comme des pipelines parallèles, et non comme des flux d'exécution séquentiels.
- Les étapes de traitement sont mappées sur le matériel pour éliminer les goulots d'étranglement du CPU.
- Le débit et la latence sont définis au niveau de l'architecture.
Intégration au niveau du système
- Le FPGA, le CPU et la mémoire sont conçus comme un système unique, et non comme des composants séparés.
- Les interfaces haute vitesse et le mouvement des données sont alignés sur les exigences réelles en matière de bande passante.
- L'accélération matérielle est intégrée aux logiciels embarqués et aux couches de contrôle.
Ce qui définit un système FPGA haute performance
Les performances du système sont déterminées par la manière dont les pipelines de traitement, le mouvement des données et la synchronisation sont structurés au niveau de l'architecture.
Le flux de données est structuré pour maximiser le traitement parallèle et éliminer les goulots d'étranglement séquentiels à travers le système.
Les chemins de signal et les étapes de traitement sont alignés pour maintenir la précision de la synchronisation sur plusieurs canaux et interfaces.
La conception du système permet d'ajouter de nouvelles fonctionnalités ou étapes de traitement sans redessiner la plateforme matérielle.
Cas d'utilisation
Nous concevons des cœurs IP FPGA de haute précision et des architectures logiques programmables pour les systèmes aérospatiaux qui exigent une synchronisation exacte, une exécution prévisible et une fiabilité à long terme. Notre travail se concentre sur la fourniture d'architectures qui maintiennent des performances constantes sous des contraintes opérationnelles strictes, supportant des fonctions critiques où la précision et la stabilité sont essentielles.
Nous concevons des systèmes de traitement vidéo en temps réel basés sur FPGA/PLD pour les plateformes de drones multispectraux qui nécessitent une acquisition d'image précise, un traitement parallèle des données de capteurs et une transmission de données à haute vitesse vers le contrôle au sol. L'architecture est conçue pour un fonctionnement continu dans des environnements critiques, offrant des performances stables et un comportement prévisible.
Nous concevons des plateformes électroniques aérospatiales de haute fiabilité qui combinent des architectures SoC basées sur FPGA avec une conception de PCB multicouche, permettant une flexibilité de traitement avancée et une adaptabilité future. La logique programmable permet d'introduire de nouvelles fonctionnalités sans refonte matérielle, réduisant les coûts du cycle de vie et soutenant l'évolution à long terme du système.
Nous avons réalisé une migration HDL complète pour un module de communication sous-marin, en portant la logique FPGA et modem existante vers du matériel moderne en utilisant VHDL et Verilog. Cette approche a prolongé le cycle de vie opérationnel d'une infrastructure critique pour la sécurité sans nécessiter une refonte complète du système, tout en maintenant la compatibilité avec les contraintes système et les exigences de performance existantes.
Secteurs que nous servons
Nos capacités d'ingénierie sont déployées dans les secteurs réglementés, critiques et industriels.
Électronique sous-marine, systèmes de fond de puits et matériel pour environnements difficiles pour les opérations offshore et onshore.
Ingénierie FPGA pour le traitement de signal en temps réel, le traitement vidéo et l'accélération matérielle dans les systèmes aérospatiaux.
Traitement du signal basé sur FPGA et accélération matérielle pour les systèmes d'acquisition de données industriels haute performance.
FAQ
Si vous avez d'autres questions ou souhaitez discuter de vos besoins, n'hésitez pas à contacter notre équipe.
Les systèmes embarqués basés sur FPGA sont utilisés dans les applications nécessitant un débit élevé, une faible latence et un traitement déterministe des données. Ils sont couramment appliqués dans le traitement du signal, l'analyse en temps réel, la communication à haut débit et l'accélération matérielle. Le FPGA permet une exécution parallèle qui n'est pas réalisable avec les systèmes standard basés sur CPU.
Le FPGA est utilisé lorsque les performances du système dépendent du traitement parallèle, d'un timing précis ou d'une logique matérielle personnalisée. Il convient aux charges de travail qui dépassent les capacités des processeurs traditionnels ou qui exigent des garanties de latence strictes. Dans de nombreux systèmes, le FPGA complète les CPU plutôt que de les remplacer.
Le développement FPGA comprend la conception matérielle utilisant des HDL (tels que VHDL ou Verilog), la simulation, l'analyse temporelle et la validation matérielle. Il implique également l'intégration avec les logiciels embarqués, les interfaces de données et les systèmes externes. Le processus exige un contrôle rigoureux du timing, de l'utilisation des ressources et du flux de données.
Le FPGA et les logiciels embarqués sont intégrés via des interfaces définies telles que la communication mappée en mémoire, le DMA ou les liaisons de données à haut débit. Le logiciel contrôle la configuration, l'échange de données et l'orchestration du système, tandis que le FPGA gère les opérations critiques en termes de performances. Une intégration appropriée assure une division efficace des responsabilités entre le matériel et le logiciel.
Les principaux défis incluent la fermeture temporelle, les contraintes de ressources, le débogage complexe et la vérification de la logique matérielle. L'intégration avec les logiciels et les systèmes externes ajoute une complexité supplémentaire. De petites erreurs de conception peuvent avoir un impact significatif sur les performances ou la stabilité du système.
L'optimisation des performances implique la parallélisation du traitement, des pipelines de données efficaces et la minimisation de la latence dans les chemins de données. Elle comprend également l'équilibrage de la charge de travail entre le FPGA et le CPU, ainsi que l'optimisation de l'accès à la mémoire et des interfaces de communication. La validation est effectuée sous des charges de données réelles et dans des conditions opérationnelles.
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