Benutzerdefiniertes Linux-BSP mit Yocto für FPGA-SoCs
Verständnis von FPGA
Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) sind integrierte Schaltungen, die nach der Herstellung neu konfiguriert werden können. Diese Fähigkeit zur Anpassung der Hardware bietet eine unvergleichliche Flexibilität, ermöglicht parallele Verarbeitung und individuelle Anpassungen in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Telekommunikation. FPGAs zeichnen sich dadurch aus, dass sie für spezifische Aufgaben maßgeschneidert werden können, wodurch sich eine Parallelität nutzen lässt, die mit herkömmlichen Prozessoren nicht möglich ist.
Ein zunehmend verbreiteter Anwendungsfall für FPGAs in Embedded-Systemen sind SoCs, die sowohl ein FPGA als auch ARM-Cortex-A-Anwendungskerne enthalten. Dies ermöglicht eine Hardwareplattform, auf der ein Linux-basiertes Betriebssystem auf den ARM-Kernen läuft, während gleichzeitig spezialisierte Hardwarebeschleunigung auf dem FPGA ausgeführt wird – verbunden über einen Hochgeschwindigkeits-Interconnect-Bus, über den Daten zwischen den beiden Subsystemen ausgetauscht werden. Bei der Entwicklung eines BSPs für Boards, die solche SoCs verwenden, erweist sich das Yocto-Projekt als leistungsstarkes Werkzeug. Yocto ist ein Open-Source-Kollaborationsprojekt, das Entwicklern ermöglicht, maßgeschneiderte Linux-Systeme für Embedded-Geräte zu erstellen – unabhängig von der zugrunde liegenden Hardwarearchitektur.
Die wichtigsten Herausforderungen bei der Verwendung von Yocto auf FPGA-SoCs
Obwohl FPGA-SoCs eine außergewöhnliche Anpassungsfähigkeit bieten und sich aufgrund ihrer vielseitigen Toolchains ideal für die Prototypenentwicklung eignen, bringt der Übergang von einem Prototyp zu einem produktionsreifen System erhebliche Herausforderungen mit sich. Die größte davon ist das Fehlen bestimmter Funktionen, die für einen langfristigen Einsatz erforderlich sind. Zu den wichtigsten Problemen gehören:
Einhaltung von Standards
Die offiziell vom Hersteller bereitgestellten Tools für FPGA-SoCs entsprechen keiner standardisierten Yocto-Distribution. Dies führt zu einem aufwendigeren Entwicklungsstart und potenziellen Kompatibilitätsproblemen über verschiedene Plattformen hinweg.
Sicherheitswartung
Langzeitunterstützung und Sicherheitsupdates fehlen häufig in der vom Hersteller bereitgestellten Software, die diese Geräte unterstützt – dabei sind sie entscheidend für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und die kontinuierliche Produktpflege.
Spezialisierte Konfiguration
FPGA-SoCs – insbesondere solche auf Basis von Zynq-Plattformen – sind äußerst komplexe Geräte, die eine umfangreiche Plattformkonfiguration erfordern. Dies kann die Entwicklung der anfänglichen BSP-Unterstützung erschweren und zudem problematisch sein, wenn die Hardwarekonfiguration in einer zukünftigen Board-Revision geändert wird.
Wichtige Aspekte, die zu berücksichtigen sind
Anpassung des FPGA-Designs
- Einfache Anpassungen, die hauptsächlich aus vorhandenen IP-Blöcken und kleineren benutzerdefinierten Logikblöcken bestehen
- Zugriff auf externe Schnittstellen und Ressourcen wie DDR
- Fehlerbehebung bei der Integration mit Linux
Produktionsreifes Yocto Linux
- Seit der Version 2024.1 empfiehlt Xilinx PetaLinux nicht mehr für den Einsatz außerhalb von Prototyping und Demonstrationszwecken
- Erstellung und Pflege eines produktionsreifen Linux-Betriebssystems – ohne PetaLinux
- Board-Bringup, Sicherheit, Image-Optimierung, Updates, CI/CD-Implementierung usw.
Board- und Hardwareunterstützung
- Konfiguration der FPGA-Hardwareplattform
- Integration von Xilinx-PL-Schnittstellen in Linux: Kamera, Display, Audio usw.
- Update-Mechanismus für das FPGA-Design bzw. den Bitstream
- Secure Boot, Bitstream-Verschlüsselung und Fallback-Boot
Nelson Quintana
Vice President of Engineerin
Witekio stellte Veriskin ein talentiertes, erfahrenes und engagiertes Team zur Verfügung, das sich konsequent auf die Umsetzung und die Einhaltung der Unternehmensfristen konzentrierte. Das Witekio-Team arbeitete professionell, war voll engagiert und vermittelte uns das Gefühl, als wären wir ein einziges Unternehmen.
Witekio: Ihr Partner für FPGA- und Yocto-Anpassungen
Als offizieller AMD-Xilinx-Partner ist Witekio bestens darin geschult, die Komplexitäten von FPGA-Hardware zu meistern. Wir wissen, dass jedes Projekt einzigartig ist und maßgeschneiderte Firmware-Lösungen erfordert. Mit mehr als zwei Jahrzehnten Erfahrung in der Entwicklung von Embedded-Linux-Systemen auf verschiedenen Hardwareplattformen und als Yocto-Gold-Partner stellen wir sicher, dass Ihr FPGA-basiertes System sowohl Höchstleistung als auch langfristige Zuverlässigkeit erreicht.
Unsere Embedded-Software-Expertise
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