Adaptación de una DMA versátil para la recogida de datos de alto nivel en la placa de evaluación Xilinx MPSoC ZCU-102

Abstract

[ES] En el presente TFG se pretende una adaptación completa de un sistema de acceso directo a memoria (DMA), manejado por un controlador (DMAC), orientado a la recogida y procesamiento de datos de alto nivel físico o HEP (High Energy Physics).

Los experimentos HEP requieren de sistemas de adquisición de datos (DAQ) con una alta velocidad de procesamiento, volatilidad y procesamiento en paralelo. Para ello se decide implementar nuestro sistema en una placa FPGA. El sistema a adaptado deberá consistir en un DMAC dentro de la lógica programable (PL) conectado directamente con el sistema procesador (PS) y todo el conjunto dentro de un solo MPSoC (Multi-Processor System on a Chip). Las conexiones e interfaces deberán seguir el protocolo de Xilinx AMBA AXI.

La simulación y testeo del diseño adaptado se realizar a través de un sistema Software basado en el manejo del Hardware a través de un Device Driver específico y en el inicio de una comunicación y un flujo de datos artificial a través de una App.

Los resultados obtenidos son fructíferos, demostrando que se puede obtener un sistema rápido y volátil basado en el uso del método DMA para la adquisición de datos de alto nivel. Todo el sistema será de código abierto y podrá ser utilizado para diferentes aplicaciones que requieran de una alta velocidad de procesamiento de datos sin necesidad de gastar energía innecesaria de la CPU.

[EN] In this bachelor¿s Thesis, a complete adaptation of a Direct Memory Access (DMA) system, controlled by a DMAC (Direct Memory Access Controller), is intended for the collection and processing of High Energy Physics (HEP) data.

HEP experiments require data acquisition systems (DAQ) with high processing speed, volatility, and parallel processing capabilities. To achieve this, it is decided to implement our system on an FPGA board. The adapted system will consist of a DMAC within the programmable logic (PL), directly connected to the processor system (PS), all within a single MPSoC (Multi-Processor System on a Chip). The connections and interfaces will follow the Xilinx AMBA AXI protocol.

The adapted design will be simulated and tested using a software system based on handling the hardware through a specific device driver and initiating communication and an artificial data flow through an app.

The obtained results are fruitful, demonstrating that a fast and volatile system can be achieved based on the use of the DMA method for high-level data acquisition. The entire system will be open-source and can be used for different applications that require high-speed data processing without unnecessary CPU energy consumption.