High-performance physical-independent address-based communication interface for programmable logic and temporal computing devices

Nowadays, programmable logic devices, especially in form of Field Programmable Gate Arrays (FPGA), are widely used in small and medium scale applications, where it is possible to exploit their excellent parallel computing capability, at the same time granting short development times and more flexibility with respect to other solutions. Often FPGAs need to exchange data with other devices, typically microprocessor based temporal computing devices. Unfortunately, although various standard protocols exist both for intra-chip and out-of-chip communication, the process is always difficult due to the complex protocol conversions needed. In this thesis a complete firmware and software communication system is presented. The system, which is independent from the physical protocol used, simplifies dramatically the interface of temporal computing devices with FPGA internal standard buses. The system has been fully tested using several physical protocols, like RS-232 and USB 3. Also, it has been integrated with a high-performance measurement system, in order to validate its operative features in a real application.

Oggigiorno, i dispositivi logici programmabili, specialmente i Field Programmable Gate Array (FPGA), sono molto diffusi in applicazioni di piccola e media scala dove è possibile sfruttare la loro eccellente capacità di calcolo parallelo, al contempo richiedendo un basso tempo di sviluppo e maggiore flessibilità rispetto ad altre soluzioni. In buona parte di queste applicazioni l'FPGA deve scambiare dati con altri dispositivi, di solito basati su microprocessore. Sfortunatamente, sebbene esistono numerosi protocolli standard sia per la comunicazione all'interno del chip che fra vari dispositivi, il processo risulta difficoltoso a causa delle complesse conversioni di protocolli. In questa tesi è presentato un sistema di comunicazione completo, indipendente dal protocollo fisico usato, comprensivo di software e firmware, che semplifica notevolmente la comunicazione fra dispositivi basati su microprocessore con un bus standard interni all'FPGA. Il sistema è estensivamente testato con vari protocolli fisici, come RS-232 e USB 3. Inoltre, è stato integrato con un esistente sistema di misura ad alte prestazioni per verificarne il funzionamento in un'applicazione reale.