add slides
[libreriscv.git] / pinmux / pinmux_chennai_2018.tex
index a5797dd97fa3354f0abf48dcc87282573fad2b5a..ae6341826bda6787a4e682569eb0412156229473 100644 (file)
@@ -3,7 +3,7 @@
 \usepackage{graphics}
 \usepackage{pstricks}
 
-\title{SIMD}
+\title{Pin Multiplexer}
 \author{Rishabh Jain}
 \author{Luke Kenneth Casson Leighton}
 
 \frame{\frametitle{Glossary}
 
  \begin{itemize}
+   \item GPIO: general-purpose reconfigureable I/O (Input/Output).
    \item Pin: an I/O pad.  May be driven (input) or may drive (output).
    \item FN: term for a single-wire "function", such as UART\_TX,
             I2C\_SDA, SDMMC\_D0 etc.  may be an input, output or both
-                (bi-directional: separate wires are always allocated).
-   \item TODO\vspace{10pt}
+                (bi-directional case: two wires are always allocated, one
+                 for input to the function and one for output from the function).
+   \item Bus: a group of bi-directional functions (SDMMC D0 to D3)
+         where the direction is ganged and under the Bus's control
+   \item Input Priority Muxer: a multiplexer with N selector
+                wires and N associated inputs.  The lowest (highest?) indexed
+                "selector" enabled results in its 
+                input being routed to the output.
+   \item Output Demuxer: a one-to-many "redirector" where a single
+            input is "routed" to any one output, based
+            on a selector.
+  \end{itemize}
+}
+
+
+\frame{\frametitle{Why, How and What is a Pinmux?}
+
+ \begin{itemize}
+   \item Why? To save cost, increase yield, and to target multiple
+         markets with the same design, thereby increasing uptake
+         and consequently taking advantage of volume pricing.\vspace{4pt}
+         \\
+         Summary: it's all about making more money!\vspace{4pt}
+   \item How? By multiplexing many more functions (100 to 1,200) than there
+         are actual available pins (48 to 500), the required chip package
+            is far less costly and the chip more desirable\vspace{4pt}
+   \item What? A many-to-many dynamically-configureable router of
+         I/O functions to I/O pins\vspace{4pt}
+   \item \bf{Note: actual muxing is deceptively simple, but like
+         a DRAM cell it's actually about the ancillaries / extras}
   \end{itemize}
 }
 
 
-\frame{\frametitle{Muxer cases to handle}
+\frame{\frametitle{Associated Extras}
 
  \begin{itemize}
-   \item Many FN outputs to Many Pins: no problem\\
-            (weird configuration by end-user, but no damage to ASIC)\vspace{10pt}
+   \item Design Specification
+   \item Scenario analysis (whether the chip will fit "markets")
+   \item Documentation: Summary sheet, Technical Reference Manual.
+   \item Test suites
+   \item Control Interface (AXI4 / Wishbone / TileLink / other)
+   \item Simulation
+   \item Linux kernel drivers, DTB, libopencm3, Arduino libraries etc.
+  \end{itemize}
+ Example context:
+ \begin{itemize}
+   \item Shakti M-Class has 160 pins with a 99.5\% full 4-way mux
+   \item Almost 640-way routing, 6 "scenarios" (7th TBD),
+         100+ page Manual needed,
+         \bf{17,500 lines of auto-generated code}
+  \end{itemize}
+}
+
+
+\frame{
+  \vspace{30pt}
+  \begin{center}
+    {\Huge 
+                  ALL of these\vspace{20pt}\\
+                  can be\vspace{20pt}\\
+                  auto-generated\vspace{30pt}
+       }
+       \\
+       (i.e. it would be insanely costly to do them by hand)
+  \end{center}
+  
+}
+
+\frame{\frametitle{Reduce workload, reduce duplication, reduce risk and cost}
+
+ \begin{itemize}
+   \item Auto-generate everything: documentation, code, libraries etc.
+            \vspace{10pt}
+   \item Standardise: similar to PLIC, propose GPIO and Pinmux
+            \vspace{10pt}
+   \item Standardise format of configuration registers:
+            saves code duplication effort (multiple software environments)
+                \vspace{10pt}
+   \item Add support for multiple code formats: Chisel3 (SiFive IOF),
+            BSV (Bluespec), Verilog, VHDL, MyHDL.
+                \vspace{10pt}
+   \item Multiple auto-generated code-formats permits cross-validation:\\
+            auto-generated test suite in one HDL can validate a muxer
+            generated for a different target HDL.
+                \vspace{10pt}
+  \end{itemize}
+}
+
+\frame{\frametitle{Muxer cases to handle (One/Many to One/Many) etc.}
+
+ \begin{itemize}
+   \item One FN outputs to Many Pins: no problem\\
+            (weird configuration by end-user, but no damage to ASIC)
    \item One Pin to Many FN inputs: no problem\\
-         (weird configuration by end-user, but no damage to ASIC)\vspace{10pt}
-   \item Many Pins to One FN input {\bf Priority Mux needed}\\
-            No priority mux: Pin1 = HI, Pin0 = LO, ASIC is damaged\vspace{10pt}
+         (weird configuration by end-user, but no damage to ASIC)
+   \item Many Pins to One FN input: {\bf Priority Mux needed}\\
+            No priority mux: Pin1 = HI, Pin0 = LO, ASIC is damaged
+   \item Many FN outputs simultaneously to one Pin: {\bf does not occur}\\
+            (not desirable and not possible, as part of the pinmux design)
    \item Some FNs (I2C\_SDA, SD\_D0..3) are I/O Buses\\
             Bi-directional control of the Pin must be handed to the
-            FN\vspace{10pt}
-   \item TODO\vspace{10pt}
+            FN
+   \item Nice to have: Bus sets pintype, signal strength etc.\\
+            e.g. selecting SD/MMC doesn't need manual pin-config.\\
+            \bf{caveat: get that wrong and the ASIC can't be sold}
+  \end{itemize}
+}
+
+
+\frame{\frametitle{Pin Configuration, input and output}
+
+ In/out: {\bf Note: these all require multiplexing }
+ \begin{itemize}
+   \item Output-Enable (aka Input disable): switches pad to In or Out
+   \item Output (actually an input wire controlling pin's level, HI/LO)
+   \item Input (actually an output wire set based on pin's driven level)
+ \end{itemize}
+ Characteristics: {\bf Note: these do not require multiplexing }
+ \begin{itemize}
+   \item Output current level: 10mA / 20mA / 30mA / 40mA
+   \item Input hysteresis: low / middle / high. Stops signal noise
+   \item Pin characteristics: CMOS Push-Push / Open-Drain
+   \item Pull-up enable: built-in 10k (50k?) resistor
+   \item Pull-down enable: built-in 10k (50k?) resistor
+   \item Muxing and IRQ Edge-detection not part of the I/O pin
   \end{itemize}
 }
 
  \end{center}
 }
 
+\frame{\frametitle{Pin Configuration, input and output}
+
+ \begin{itemize}
+   \item Standard Mux design {\bf cannot deal with many-to-one inputs}\\
+            (SiFive IOF source code from Freedom U310 cannot, either)
+            \vspace{4pt}
+   \item I/O pad configuration conflated with Muxer conflated with GPIO
+         conflated with EINT
+                    \vspace{4pt}
+ \end{itemize}
+   {\bf IMPORTANT to separate all of these out:
+                    \vspace{4pt}}
+ \begin{itemize}
+   \item EINTs to be totally separate FNs. managed by RISC-V PLIC\\
+         (If every GPIO was an EINT it would mean 100+ IRQs)
+                    \vspace{4pt}
+   \item GPIO In/Out/Direction treated just like any other FN\\
+            (but happen to have AXI4 - or other - memory-mapping)
+                    \vspace{4pt}
+   \item Pad configuration separated and given one-to-one Registers\\
+            (SRAMs set by AXI4 to control mux, pullup, current etc.)
+ \end{itemize}
+}
 
 \frame{\frametitle{Register-to-pad "control" settings}
  \begin{center}