Barracuda PreSilicon Emulation

Abstract

In this thesis, the design process from an RTL model to a prototype board is provided and evaluated instancing the Barracuda project. The focus is on practical work realizing the project.
The thesis describes the basic steps and results at RTL-level, FPGA-level and Board-level.
The first section of each chapter gives an introduction describing the theoretical background, considering the context and the boundaries of this design step.
The second section gives coarse design decisions, experiences, results and some examples e.g. of preparing modules in Verilog RTL Code for FPGA emulation.
Third, design alternatives are described and evaluated.

Nowadays, designing with hardware description languages (HDL) similar to programming languages are basic for digital circuit design especially for complex projects. Because the Barracuda project was in an early stage, modules from an old project had to be used. Throughout the work it turned out, that the new developed Barracuda modules will strongly change in size and number of pins which are the limitating factors for board development.
The prospect of mills of design changes, that impact the complete design flow, has motivated the designer to develop a generic PCB design environment, that completely automatizes the transformation of the design from RTL level to board level. This novel approach is proposed and compared against conventional design methods. Next, the conventional approach --manual Schematic Entry-- and the novel approach --Script based Design Entry-- are combined to yield more flexibility and precision exceeding the capabilities of either approach alone. A tutorial is presented introducing the basic syntax and functionality of the developed tool. The strong performance of the script based method is demonstrated on the Barracuda ProtoBoard.
In addition to the results of the project, a documentation of the PCB design tool, developed in the course of this project, is provided.

Index Terms: Logic emulation, prototype board, multi-FPGA system, pin assignment, reconfigurable computing, routing

Entwicklung eines Emulators für das Barracuda Projekt

Abstract

In dieser Arbeit wird der Design Prozess von RTL-Ebene auf Board-Ebene am Beispiel des Barracuda Projektes wiedergegeben und bewertet. Diese Arbeit konzentriert sich auf die praktische Umsetzung des Projektes.
Die Diplomarbeit beschreibt die grundlegenden Schritte und Ergebnisse auf RTL-Ebene, FPGA-Ebene und Board-Ebene.
Der erste Abschnitt jedes Kapitels gibt eine Einführung und beschreibt den theoretischen Hintergrund sowie die Rahmenbedingungen des jeweiligen Projekt-Abschnitts.
Der zweite Abschnitt vermittelt jeweils grundlegende Designschritte, Erfahrungen, Ergebnisse und einige Beispiele, z.B. wie Module in Verilog RTL code für die FPGA Emulation vorbereitet werden.
Im dritten Abschnitt werden jeweils Design Alternativen beschrieben und bewertet.

Heute sind Hardware Beschreibungssprachen (HDL), die Programmiersprachen ähneln, die Grundlage für die Entwicklung von digitalen Schaltkreisen, besonders für komplexe Projekte. Da sich das Barracuda Projekt in einem frühen Projektstadium befand, mussten Module von einem älteren Projekt verwendet werden. Im Verlauf dieser Arbeit wurde offensichtlich, dass sich die Barracuda Module stark hinsichtlich Größe und der Anzahl an Pins ändern werden.
Die Aussicht, einer Vielzahl von Design-Änderungen, die das gesamte Projekt betreffen, hat den Entwickler motiviert, eine generische Entwicklungsumgebung zu schaffen, welche die Überführung von RTL source code auf ein PCB design vollständig automatisiert. Dieser neue Ansatz wird vorgestellt und mit konventionellen Design Methoden verglichen. Danach wird der konventionelle Ansatz --manuelle Schaltplan Eingabe-- und der neue Ansatz --script basierte Schaltplan Eingabe-- kombiniert, um eine Flexibilität und Genauigkeit zu erreichen, welche die Möglichkeiten eines einzelnen Ansatzes übersteigt. Es wird ein Tutorial angeboten, dass eine Einführung in die grundlegende Syntax und Funktionalität dieses Designtools gibt. Die große Leistungsfähigkeit der script-basierten Methode wird am Barracuda Prototype Board demonstriert.
Zusätzlich zu den Ergebnissen des Projektes enthält diese Arbeit eine Dokumentation des PCBdesign tools, dass im Verlauf dieses Projektes entwickelt wurde.