Interfaz software/hardware entre Raspberry Pi y FPGA Spartan-6 y su aplicación a simulación dirigida por eventos

Hoy día vivimos en la sociedad de la tecnología, en la que la mayoría de las cosas cuentan con uno o varios procesadores y es necesario realizar cómputos para hacer más agradable la vida del ser humano. Esta necesidad nos ha brindado la posibilidad de asistir en la historia a un acontecimiento sin precedentes, en el que la cantidad de transistores era duplicada cada dos años, y con ello, mejorada la velocidad de cómputo (Moore, 1965). Tal acontecimiento nos ha llevado a la situación actual, en la que encontramos placas con la capacidad de los computadores de hace años, consumiendo muchísima menos energía y ocupando muchísimo menos espacio, aunque tales prestaciones quedan un poco escasas para lo que se requiere hoy día. De ahí surge la idea de comunicar placas que se complementan en aspectos en las que ambas se ven limitadas. En nuestro proyecto desarrollaremos una interfaz s oftware/hardware para facilitar la comunicación entre dos placas con distintas prestaciones, a saber, una Raspberry Pi modelo A 2012 y una FPGA Spartan XSA3S1000 con placa extendida XStend Board V3.0. Dicha comunicación se basará en el envío y recepción de bits en serie, y será la Raspberry Pi quien marque las fases de la comunicación. El proyecto se divide en dos partes: La primera parte consiste en el desarrollo de un módulo para el kernel de Linux, que se encarga de gestionar las entradas y salidas de datos de la Raspberry Pi cuando se realizan las pertinentes llamadas de write o read. Mediante el control de los GPIO y la gestión de las distintas señales, se realiza la primera fase de la comunicación. La segunda parte consiste en el desarrollo de un diseño en VHDL para la FPGA, mediante el cual se pueda gestionar la recepción, cómputo y posterior envío de bits, de forma que la Raspberry Pi pueda disponer de los datos una vez hayan sido calculados. Ambas partes han sido desarrolladas bajo licencias libres (GPL) para que estén disponibles a cualquier persona interesada en el desarrollo y que deseen su reutilización.

Co-simulación HW/SW en Raspberry Pi

En el mundo de la simulación existen varios tipos de sistemas reales, entre los que se encuentran los sistemas de eventos discretos. Para poder simular estos sistemas se pueden utilizar, entre otras, herramientas basadas en el formalismo DEVS (Discrete EVents system Specification), como la utilizada en este proyecto: xDEVS. La simulación posee una importancia muy elevada en campos como la educación y la ciencia, y en ocasiones es necesario incluir datos del medio físico o sacar información al exterior del simulador. Por ello es necesario contar con herramientas que puedan realizar simulaciones utilizando sensores, actuadores, circuitos externos, etc., o lo que es lo mismo, que puedan realizar co-simulaciones entre software y hardware. De esta forma se puede facilitar el desarrollo de sistemas por medio de modelado y simulación, pudiendo extraer el hardware gradualmente y analizar los resultados en cada etapa. Este proyecto es de carácter incremental, y trata de extender la funcionalidad de la plataforma xDEVS para poder realizar co-simulaciones entre hardware y software sobre una Raspberry Pi. Para ello se van a utilizar circuitos lógicos como hardware externo y se enlazarán al simulador a través de ficheros de dispositivo, gestionados por módulos del kernel de Linux. Como caso de estudio se desarrolla la co-simulación entre hardware y software completa de un ascensor de siete plantas para mostrar el uso y funcionamiento en xDEVS, extrayendo los circuitos integrados de uno en uno.