Globally Asynchronous Locally Synchronous (GALS) Field-Programmable Gate Array (FPGA) are composed of standard synchronous reconfigurable logic islands that communicate with each other via an asynchronous means. Past research into fully asynchronous FPGA has demonstrated high throughput and reliability adopting dual-rail encoding. GALS FPGAs have been proposed, relying on bundled-data encoding and fixed asynchronous communication between synchronous islands. This thesis proposes a new GALS FPGA architecture with fully reconfigurable asynchronous fabric, that relies on coarse-grained Configurable Logic Blocks (CLBs) to improve the communication capability of the device. Through datapath dedicated elements, asynchronous pipelines are efficiently mapped onto the device. The architecture is presented as well as the customized tool flow needed to compile Verilog for this new coarse-grained reconfigurable circuit.The main purpose of this thesis is to map communication-purpose user-circuits on the proposed asynchronous fabric and evaluate their performance. The benchmark circuits target the design of a Networkon-Chip (NoC) router and employ two-phase bundled-data protocol. The results are obtained through simulation and compared with the performances of the same circuits on a fine-grained classical FPGA style. The proposed architecture achieves up to 3.2x higher throughput and 2.9x lower latency than the classical one. The results show that the coarse-grained style efficiently maps asynchronous communication circuits, and it may be the starting point for future reconfigurable GALS systems. Future work should focus on improving the back-end synthesis and evaluating the FPGA GALS system as a whole. / Globala Asynkrona Lokalt Synkrona (GALS) FPGAer består av standardiserade synkrona rekonfigurerbara logiska öar som kommunicerar med varandra på ett asynkront sätt. Tidigare forskning om helt asynkrona FPGAer har demonstrerat att hög genomströmning och tillförlitlighet kan erhållas mha sk dual-rail kodning. GALS FPGA har också föreslagits, där man istället förlitar sig på kodad data och fast asynkron kommunikation mellan synkrona öar. Denna avhandling föreslår en ny GALS FPGA-arkitektur med en omkonfigurerbar asynkron struktur, bestående av sk Coarse-grained CLBs för att förbättra kommunikationsförmågan på enheten. Genom att datavägarna använder sig av dedikerade element, kan asynkrona pipelines mappas effektivt på enheten. Arkitekturen presenteras liksom det verktygsflöde som behövs för att kompilera Verilog för denna nya grovkornigt omkonfigurerbara krets.Huvudsyftet med denna avhandling är att mappa kommunikationskretsar på den föreslagna asynkrona strukturen och utvärdera dess prestanda. Referenskretsarna som används för utvärdering är en NoC router som använder sig av ett tvåfas kommunikationsprotokoll. Resultaten erhålls genom simulering och jämförs med prestanda av samma krets implementerad i en finkornig klassisk FPGA-stil. Den föreslagna arkitekturen uppnår ca 3.2x högre genomströmning och 2.9x lägre latens än den klassiska. Resultaten visar att en grovkornig stil kan mappa asynkrona kommunikationskretsar på ett effektivt sätt, och att det kan vara en bra utgångspunkt för framtida omkonfigurerbara GALS-system.Framtida arbete bör fokusera på att förbättra back-end-syntesen och att utvärdera FPGA GALS-systemet i sin helhet.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-235712 |
| Date | January 2018 |
| Creators | Sciaraffa, Rocco |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2018:350 |
Page generated in 0.0019 seconds