Exploring the use of heterogeneous architectures CPU-FPGA in software and hard- ware validation

A crescente demanda por sistemas computacionais mais eficientes em termos de con- sumo energético e poder de processamento vem fazendo com que pesquisadores e empresas de todo mundo invistam cada vez mais em novas arquiteturas e circuitos integrados mais eficientes. Um desses modelos arquiteturais, são as arquiteturas he- terogêneas compostas por CPUs e FPGAs (Field-Programmable Gate Array). Os FPGAs possuem uma grande utilidade na criação de diversas aplicações, devido ao seu baixo consumo energético e grande versatilidade. Com base em todo potencial dos dispo- sitivos FPGA e o seu uso na computação, apresentamos, neste trabalho, aplicações de uso destas arquiteturas na depuração de software e validação de circuitos digi- tais. Com isso, dois trabalhos foram desenvolvidos onde em cada um deles foi criada uma ferramenta capaz de mostrar o potencial destes dispositivos, em arquiteturas heterogêneas. No trabalho 2 foi desenvolvido uma ferramenta voltada a verificação de circuitos digitais, capaz de aproveitar o endereçamento de memória compartilhado entre CPU e FPGA para armazenar os dados de uma depuração. No trabalho 3 foi cri- ado um arcabouço capaz de auxiliar desenvolvedores de aplicações paralelas a detec- tar possíveis condições de corrida utilizando segmentos de memória compartilhados entre threads via FPGA e seus canais de alta velocidade com a memória principal. Palavras-chave: Validação pré-silício. Arquiteturas Heterogêneas. Validação de Soft- ware. CPU. FPGA. MicroeletrônicaThe growing demand for computer systems more efficient in terms of power con- sumption, processing, and size. researchers and companies around the world invest a big effort to reach powerful integrated circuits and new architectures. One of this architectural models is the CPU-FPGA architecture. The FPGA (Field-Programmable Gate Array) have a bunch of utilities in accelerators scenarios, due your possiblity of reconfigure and emulate other digital circuits, and your low power consumption. Unfortunately, your use for accelerators scenarios is pretty low due factors like: The difficulty of develop an accelerator and the difficulty to test an accelerator. Knowing all potetial of the FPGA and your growing in different computer scenarios, we present in this dissertation, applications using the FPGA architecture to develop accelerators, and build architectured to debug digital circuits/software. To do all described in this resume, we make three projects when each project the proposed architecture has pro- posed to help in a specific problem. In 2 we developed an FPGA overlay aimed to debug other digital circuits. This architecture can explore the interface between FPGA and main memory to decrease the time for collect and store the data about the circuit under analysis. And in 3 we propose a new methodology to help a tester for debug multithreaded algorithms using the FPGA. Keywords: Pre-silicon validation. Heterogeneous Architectures. Software Test. CPU. FPGA. microelectronic