Intern ati o n a Journ a l of  Re con f igur able  and Embe dded  Sys t ems  (I JRES)  V o l. 4,  N o 2 ,  Ju ly 20 15 , pp . 63 ~70  I S SN : 208 9-4 8 6 4           63     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJRES  FPGA Synthesis of Reconfigur able M o dules f o r FI R Filt er       Sar a n y a  R * ,  P r adeep  C * ,  Ne ena B a b y *,  Ra dh akri shn a n*   *Departm ent of Ele c troni cs   an d   Communication, Saintgits Colleg e of  Engin eering ,  India  **Vidh y a Mand hir Institute of  Technol og y ,  Peru ndurai, Tamilnadu, India      Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Nov 13, 2014  Rev i sed  D ec 19 , 20 14  Accepte Ja n 12, 2015      Reconfigur able   com puting for  DS P  rem a ins  an act ive  are a  to  e xplore as   the  need for incorpo r ation with more convention a l DSP technologies turn out to   be obvious. Co nvention a lly ,  th e majority   of  the work in  th e ar ea o f   reconfigur able computing is aimed on  fine grain e d FPGA devices. Over the  ye ars, th e focus  is shifted from  bit le v e l granu l arit to a co ar s e  grained   composition. FI R filter remains  and pers ist  to be  an im portan t  bu ilding b l ock   in various DSP system s. It com p utes  the output b y  m u ltipl y i ng in put sam p les  with a set of coeffic i ents follow e d b y  addi tion.  Here m u ltipli ers and adders  are modeled using the  concept  of di vide and  conquer. For d e veloping  reconfigu a rbl e   FIR filter ,  diff erent  tap f ilt ers are d e signed  as separa t e   reconfigur able modules. Furthermore,  there  is an additional  concern f o r   making the s y stem fault toleran t . A f a ult detection mechanism is introduced   to detect th e faults based on  the na tu re of  op erands.  The r e configurable  modules are structurally  modeled  in Ver ilog  HDL and simulated and   s y nthesi zed usin g Xilinx ISE 14.2. A co m p arison of the device ut iliz ation of   reconfigur able modules is also presen ted  in this  paper b y  implementing the  design on v a riou s Virt ex FPGA devices.  Keyword:  Data Path  Fau lt Detection   Fau lt In sertio   FIR Filter  FPGA  Reco nfigu r ation   Copyright ©  201 5 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Sara nya R,    Depa rt em ent  of El ect r oni cs  a n d  C o m m uni cat i on,   Sain tg its Co lleg e   o f  Eng i n e erin g ,   Ko ttuku lam  Hi lls, Path am u tto m  P.O, Ko ttaya m - 6 865 32 Em a il: saran y a1 811 90@g m ai l.co m       1.   INTRODUCTION  Owi n g  to  t h e exp e d itiou s  ad v a n ce i n  algo rith m s   an d ap p lication s  in Dig ital Sign al Pro c essing  (DSP), the r has  bee n  a n  e m erging   neces sity for ada p t a ble arc h itectur es with dyna mic  reconfiguration  cap ab ilities. Th e area  of reco nfigu r ab le com p u tin g  h a been  in sp ired   by th e con s id erab le ch ang e s i n  th application space of  DSP.  FIR filters are  used i n   m a j o rity of t h e DSP  base d electronic system s. The  d i sclo su re  o f  ch allen g i n g  applicatio n s  in  requ isites o f   p o wer, sp eed, p e rfo r man ce an d   reusab ility  m a k e  i t  v ital   to  d e sign  reconfigu r ab le arch itectu r es.  FIR filters  h a s ex ten s i v e ap plicab ility b u t  it  m a y re q u i re a larg nu m b er o f  co efficien ts to  g e t t h pre f er red  re qui rem e nt . Hence  i t  resul t s  i n  t h e  l a rge  num ber  of sl i ce f o r t h FPG desi g n There f ore,  dy n a m i recon f i g urab le  d e sign  o f  h i gh er o r d e tap  FIR  filters  u s i n g   t r ad ition a l FPGA d e sign  tech n i qu es h a certain  d i sadv an tag e s. On e of t h e imp o rtan d i sadvan t ag es is th co nfigu r ation  t i m e , wh ich is  th e ti m e  u s ed   u p  for  reco nfi g u r at i o n. Thi s  rel i e s  on t h e rec o n f i g ura b l e  devi ce and t h e t echni que  of re con f i g urat i o n .  Part i a l   Reco nfigu r ation  can  b e   u s ed  in  th is case. Partial reco nfigu r ation  resu lts in  less  con f i g u r at i on t i m e, provi des   flex ib ility an area co m p eten ce fo h i gh er  ord e r FIR  filters.  In  t h i s   pa per ,   we  pres ent  t h e  sy nt hesi s  o f   r econ f i g ura b l e   m odul es ( 2 -t a p  an 3-t a p)  f o r  b o t h  seri al   and pi plined F I R filters. Th e  rec o nfigura b l e  m odules are  m odelled usi n g an area  efficient data  path  with  o n lin fau lt d e tectio n  m ech a n ism  [2 ] b a sed o n  th n a ture   o f   o p e ran d s . Sep a rate m u ltip l i er an d  add e b l o c ks  are d e si g n e d   based  on  th e con cep o f   d i v i d e  an d  co nqu er   [1 ] ap pro ach  t o  m o d e l th e FIR filter. A  well-kn own  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 089 -48 64  IJR E S V o l .  4, No . 2,  J u l y  20 1 5   :    6 3  – 70   64 tech n i qu e to  attain  fau lt  d e tectio n  is  du p licatio n   with  com p ariso n   wh ere sim ilar calc u latio n is p e rfo r m e twice and the  out puts a r e c o m p ared to rec o gnize errors In  or de r t o   de t ect  a faul t  [ 1 2] , fa ul t  nee d s  t o  be   in trodu ced  i n to th e circu it. For th e v e rificatio n   o f  t h e fau lt d e tectio n, fau lts are in tro d u c ed  in  th ‘.x d l ’  file o f   t h e dat a  pat h  [ 2 ] .  Desi gn  of  r econ f i g ura b l e   m odul es i s  do ne i n   Veri l o HDL . It  i s  si m u l a t e d an d sy n t hesi zed   u s ing  Xilinx  ISE 14 .2 . Th e d e sign  is i m p l e m en ted  on  variou s Virtex   FPGA d e v i ces to  o b t ain  t h e b e tter  d e v i ce u tilizatio n. Th e syn t h e sis resu lt is u s ed  to  ob tain  the p e rform a n ce  o f  th e system   i n  term s o f  area and  del a y .   The rest  o f  t h e  pape r i s  or gan i zed as fol l o ws . Sect i on  2 gi v e s a bri e f de sc ri pt i o n o f  rel a t e d w o r k s i n   t h i s  area. Sec t i on 3  desc ri b e s t h e arc h i t ect ure  of t h r econ f i g ura b l e   m odul es. Sect i on  4 p r ese n t s  t h e   eval uat i o n a n sy nt hesi res u l t s . Fi n a l l y  t h e c oncl udi ng  rem a rk  an fut u re   wo rk  i s   prese n t e d i n  sect i o 5.          2.   RELATED WORKS  Th e id ea  o f   reco nfigu r ab le com p u tin g  h a been  in  ex isten c e for qu ite someti me [1 1 ] Wang  Lie an Wu   Feng-yan   p u b lish e d  a  p a p e on  Dy n a m i c Partial Recon f i g uratio n (DPR) [4 ] in  FPGAs and  illu strated  th adva ntage s  of early  access partial  reconfi g uration.  rec o nfigura b le FIR filter [14]  design  usi n g dy nam i c   p a rtial recon f i g uration  is p r esen te d, wh ich   h a s area efficien cy and  flex i b ility al lo wing d y n a m i cal  in sertio an d   rem o v a l of p a rtial  m o d u les u s ing  Xilinx  Virtex -2   XC2 v60 00  FPGA. A  d i g it-reconfigu r ab le FIR  filter   [1 3]  arc h i t ect u r wi t h  fi ne  gra nul a r i t y  i s  pres ent e d a n d i m pl em ent e d u s i n C M OS t ech n o l ogy .   The c o ncept  o f  ext e nda bl e a n reus abl e  a r i t h m e ti c uni t s   [1 0]  ha ve  bee n   p r o p o sed  by  sev e ral  g r ou p s   since it affects the perform a nce of th e entire  syste m . An are a  and tim e  effi cient reconfi g urab le arith m e ti c u n i t   [5] ,   a l o p o w er  l o w c o st   com put at i onal  m odel  f o r  m u l t i m e di a appl i cat i ons   [ 6 ] ,  or gani sat i o a n d   FP GA   im pl em ent a t i o n of M O R A  p r oces so r core   [ 7 ]  are pr op ose d . Per f o rm ance com p ari s on  of di ffe rent  p r evi o us   recon f i g urab le  d a ta p a t h was illu strated  an d two n e p r o c essin g  elem en t s  were  p r o p o s ed  an d its ev al uatio i s  do ne   [ 8 ] .   Ho we ver  pre v i o us a p p r oa c h es  have m a ny  di sa dva nt a g es s u ch  as  com p l e xi t y   i n  t h in terconn ection  n e t w ork ,  less flex ib ility etc an d   were ov erco m e  in  th e d a ta p a th   p r op o s ed  b y  Puroh it et al   [1] .   It can perform N-bit add ition, m u ltiplicat i o n, subtraction and accum u lation operations.The  propose d  data   p a th  is reco nfi g urab le and   p e rfo r m s  all th ese op era tion s   b a sed   on  th e con t ro l si g n a ls of t h e m u ltip lex e rs.      3.   PROP OSE D  AR CHITE C T URE   Man y  o f  t h ap p lication s  in vo lv rep e titi v e  arith m e tic  o p e ration s  and  th erefo r e t h e d e sign   of  arith m e t i c d a ta p a th  is im p o r tan t  sin ce it affects th ove ral l  perf orm a nce  of t h sy st em . The p e r f o r m a nce of  th e system  is g e n e rally d e termin ed  b y  t h m u l tip lier b l oc k si n ce i t  i s  t h e m o st  t i m e  consum i ng  o p era t i on  [3] .   Hen c e th e sp eed  and  area  o f  th e m u ltip lier m u st b e  op timi zed  and   h e re th e m u ltip lier blo c k is op tim iz ed   b y   usi n t h c o n c ept  of di vi de and   c o n q u er a p p r oach   [1] .  A not her  m a jor c h al l e nge  i s  t o   gua ra nt ee fa ul t  fre e   o p e ration  o f  the circu it sin ce it affects th e reliab ility  o f  th e syste m . Th e b a sic id ea o f  an   FIR filter is si m p le th e curren t   o u t p u t  is  ob tain ed b y  m u ltip lyin g  th e curren t   i n pu t v a lu e b y  a  con s tan t , and  add i ng   th at resu lt  to   th e prev i o us in pu v a lu e times a co n s tant, and  add i ng   th at resu lt to  th n e x t  earlier in pu t v a l u e times a  co nstan t and   so  o n C o n s i d er a  3-tap  FIR filter. It  h a 3  filter co efficien ts an d can b e  d e scrib e d  as  fo llo ws:         1   2         ( 1 )     ’,‘  ’ an d ‘ ’ are th e filter co efficien ts; ‘  and ‘ ’ are t h e i n p u t  an out put  s i gnal s , a n d ‘ ’ i s   th e presen t ti me step . Equ a tion  (1 ) can   b e  imp l em en ted  b y  u s ing  reg i sters,  m u ltip liers and  add e rs. B o th   serial  an d   p i p e lin ed FIR filters are m o d e lled  usin g  t h d a ta  p a th  sho w n   in  Figu re 2.  Mu ltip lier b l ock s  are  i m p l e m en ted  by u s ing  t h e con cep t  of  d i v i de and  con q u e r app r o a ch Add itio n pro c ess  is also  im p l e m en ted  si m ilarl y. W a llace  tree  m u ltiplier  [9]  is use d  for bot h processesses.       3. 1.  Seri al   an d Pi pel i n ed F I R Fi l t ers   Serial and   p i p e lin ed   3 - tap  FIR filters   [1 5 ]  are sh own  in Fi g u re  1 .  It co nsists o f  reg i sters, m u ltip liers   and a dde rs. R e gisters  ‘rt 0’,  ‘rt1’ a n ‘rt 2’ are  nee d e d   for each tap to hold   1  and   2   respectively. For se rial filter,  the data  m oves to the ri ght  on each cloc k cy cl e, so that the  register  ‘rt 0’  hol ds  th e curren t  inpu t sam p le, ‘rt1’ ho ld s t h e prev iou s  inpu t sam p le an d  ‘rt 2   h o l d s  th e sam p le b e fo re the prev iou s   one   [1 5 ] Th e th rou ghp u t   o f  t h e serial filter  can   b e  im p r oved   b y   u s ing   p i p e lin ing .  Pip e li n i ng  m ean s to  b r eak  a  larg e task   do wn  in to  a  sequ en ce of  stage s  s u ch t h at data  m oves throug h these stages a nd eac h sta g produc e   o u t p u t   u s ed  b y  th e n e x t  stag e. All th e stag es  o p e rate co n c u r ren tly resu ltin g in  b e tter  p e rform a n ce. It in vo lves  th e ad d ition  of reg i sters between  th e stag es  an d  th ese re g i sters are kn own as p i p e lin e reg i sters.  Here all th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J RES I S SN 208 8-8 7 0 8     FPGA S y n t h e si s o f  Recon figu r a b l Modu les fo r FIR  Filter   (Sar a n y a  R)   65 in pu ts are av ai lab l e at th e mu ltip lier inp u t   at th e sam e  cl o c k.  All th e mu ltip licatio n   op eration s  are  do n e  i n   p a rallel and  the in d i v i du al resu lts are stored in  p i pelin e reg i sters.   We al so   n eed  a m u ltip lier for each   tap  to   m u l tip ly th e tap s ‘ ’ val u e by  t h co nst a nt   ’ val u e.   T h e out put  ‘ ’ is the  sum  of each ta p’s product. T h 2- tap  FIR filter  h a 2  co efficien ts an d th e stru cture is  similar to  Fi g u re  1   b u t  h a s on l y  two   reg i sters and  m u l tip liers and a sing le ad d e r.          Fig u re  1 .  (a) Serial 3 - tap   f ilter (b) Pi p e lin ed  3 - tap  filter      3.2.  Data P a th Archi t ecture   The arc h i t ect ure of t h e dat a  pat h  i s  sho w n i n  Fi g u r e  2. The dat a  pat h  can pe rf orm  N-bi t   m u l tip licatio n  an d add itio n op eration s . An   o n lin e log i c fau lt d e tectio n mech an ism   [2 ] is in corpor ated i n to t h e   dat a  pat h . T h e  dat a  pat h s co nsi s t  o f  t w o N  x N/ W a llace tree m u lt ip li ers, co m p ressors, ad d e rs an d carry   co m p letio n  lo g i cs. It also  co n t ains an  eq uality co m p arato r , equ a lity d e tecto r s,  AND  g a tes and  m u lt ip lex e whi c h a r e u s e d  f o r fa ul t  det ect i on.  A t e c h ni q u kn o w n  a s  di vi de a n d  c o n q u er  ap pr oa ch i s   use d It  i n v o l v e s   b r eak i ng  up  of th m u ltip lier  in to  two  th at is, b r eak i ng  up o f  th e larg m u l tip licatio n  in to  two  sm all e r on es  an d add s  up  t h e p a rtial p r od ucts g e n e rated  t o   o b t ain th e final resu lt.          Fi gu re  2.  Ge ne ral i zed a r chi t e c t ure  of  t h dat a  pat h     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 089 -48 64  IJR E S V o l .  4, No . 2,  J u l y  20 1 5   :    6 3  – 70   66 C onsi d er t w N- bi t  num bers  ‘A’ a nd ‘B ’.  The n u m b er ‘ A ’ i s  eq ual l y   di vi de d i n t o  t w num bers  n a m e l y  A1 [N-1 N/2 ]  and   A2 [N/2-1 : 0 ].  Two  m u ltip lic atio n   op eration s  are  p e rfo r m e d  sim u ltan e ou sly b y   using t w W a ll ace tree m u ltipliers and t h re sult is the n   c o m p ressed  using  3:2 com p ressors. The i n termediate   p r od u c ts are then  ad d e d  to obtain  th e fi n a l resu lt. Fo r m u ltip licatio n  pro c ess, th e t w o  m u ltip liers p e rform   B   [N -1: 0 ]  x  A 1   [N -1:   N/ 2]  a n d B   [N -1: 0 ]  x  A 2  [ N / 2 - 1 : 0 ] .  The  i n t e rm edi a t e  pr od uct s   are a dde usi n 3: 2   co m p ressors an d  ‘0’ is th e th ird  inpu t to  th e co m p re sso r. Th e inp u t  to  ad d e r1  is ‘0 ’. Th e ‘N/ 2 ’ least  sig n i fican t  b its o f  B [N-1 :0 x  A2  [N/ 2 -1 :0 ]  fo rm s th e LSB b its o f  th e fin a l resu lt. Th e ‘N’ m o st sig n i fican b its o f  B [N -1 :0 ] x  A2  [N /2 -1:0 ] ar ad d e d   with  th e ‘N’ LSB b its o f  B [N -1 :0 ] x  A1  [N-1 :N/ 2 ] to  o b tain  th ‘N’ in term ed ia te b its of th e fi n a l resu lt and  t h e ‘N/ 2 ’ MSB   b its of B  [N-1 : 0 ] x   A1   [N-1 : N /2 ] fo rm s th e MSB  o f  th e fi n a l resu lt. Fo r ad d ition  op eration ,  B [N-1 : 0 ] g i v e n  to  th e left  m u lti p lier and  A2   [N/2-1 : 0 ] g i v e n to  th righ m u ltip lie r is ‘1’. Th m u l tip lier o n  th e left and  righ t p e rfo rm s A1  [N-1 :N/ 2 ] x 1  and  B [N-1:0 ] x  1  respectively. T h e output  of the com p ressor i s  added al o n g   with  A2   [N/ 2 -1 :0 ] to   o b t ain  t h e fi n a l co m p utatio A+B.   In the  data pa th two N  x N/2  m u ltipliers are use d . By expl oiting this  f eature of Dual Modular  Red und an cy (DMR), an  on lin e fau lt d e tectio n  m ech an ism   [2 ] is in tro d u c ed  in to  t h e d a ta  p a th DMR u s es t w eq u i v a len t   fu nctio n a u n its an d pro v i d e fau lt d e tection   wh en th e un its t h at sh ou ld  g i ve th sam e  resu lts g i v e   di ffe re nt  res u l t s . I f  t h ope ra nds  A 1  [ N - 1 :   N/ 2]  a n d  A 2   [N/2-1: 0 ] are i d entical then   a fault  ca n be de tected.  In itially b y  u s in g  an  eq u a lity co m p arato r  t h at co n s ists  o f  an  array of XNOR g a tes it is v e rified  th at wh eth e A1  [N-1 : N/ 2 ]  an d  A2  [N/2-1 :0 ] are id en ti cal o r  n o t . Th e o u t pu t o f  th eq u a lity co m p arato r  along  with  th out put   of ca rry  com p l e t i on l o gi c i s  gi ve n as  t h e i n p u t s  t o  a n  A N D  gat e T h e o u t p ut  o f  t h e AN gat e  i s  gi ve n   to the ena b le pin of a tri state buffe r. T h e output of th e two W a llace tree  m u ltipliers is  given as the inputs of  th e tri state  bu ffers. Th ou tpu t o f  th e t r i st ate bu ffers are  th en g i v e n to an  equ a lity d e tecto r  t h at co n t ai n s  an   array of  XNOR g a tes. Th e ou tpu t  of th e equ a lity d e tect o r s are ANDed  t o g e t h er and  it is g i v e n  to  th en ab le  p i n   of th e m u ltip lex e r.  If  bo th  t h e i n pu ts of th e e q u a li ty co m p arato r  are  sam e  an d  th o upu t of carry  co m p letio n  log i cs is ‘1 ’, t h e two  tri state  b u ffers are  enabled.  The n  the out puts  of the tri state buffers are   available at the inputs of the equality  detector. The out put of the equality de tector is given as the input of a n   AND  g a te and if its  o u t p u t  is ‘0 ’, th e circu it is fau lt free  o t h e rwise it is  fau lty.  If t h e i n pu ts  o f  th e eq u a lity   com p arat or a r e  di ffe re nt  t h en  i t s  oup ut  i s  ‘ 0 ’  and e v e n  i f  t h e  out put   of t h e c a rry  com p l e t i on l o gi c i s  ‘1 ’, t h e t r i   state b u f fers get d i sab l ed  and  no   fau lt d e tectio n  m ech an ism is p e rfo r m e d .  Th is is an   on lin e fau lt d e t ectio mechanism  since it donot re qu ire t h e system to s h ut down to  detect the  fault   [2] .    Carry co m p leti o n   d e tectio n  log i c is u s ed  to  reco gn ize th e co m p letio n  o f  m u l tip licatio n  o p e ration .  It   is n ecessary si n ce th e fau lt detectio n  is p e rfo rm ed  af ter the  m u ltip licat io n  op eration .   Fig u re 3(a) shows th l ogi c ci rcui t  of  carry  com p l e ti on det ect i o n l ogi c. It  co nsi s t s  of C a rry  Tra n sm i ssi on (C T) uni t s , F u l l  Adde r s   (FA s ),  OR   gat e s an d a car ry   com p l e t i on gat e  whi c h i s   th n - i n pu t AND  g a te.  Here, th e in pu ts (A0  to   An-1  and B 0  t o  B n - 1 ) a r e gi ven t o  bot h t h e F A and t h e C T  u n i t s. The s u m  out put s are  o b t a i n ed  fr om  t h e FAs an the carry outs  and their c o m p lim e nts  are ob tain ed   fro m  th e CT un its. Th e ou tpu t  of each CT un it is g i ven  to  an OR gate. T h e outputs of  all the OR gates are then  gi v e n t o  a carry  com p l e t i on gat e . The val u e of  carry   com p letion signal signi fies the com p le tio n o f  th op erati o n. If th e carry co m p let i o n   sig n a l is ‘1 ’ t h en  it   in d i cates th at th e fin a l carry is o b t ain e d  and th m u ltip lica tio n  op eration  is co m p lete. Fi g u re 3(b) shows th CT un it and  is  u s ed  to g e n e rat e  th e carry si g n al an d its co m p li m e n t .             Fi gu re  3.  (a ) C a rry  c o m p l e t i on l o gi (b ) C a r r y  Tra n sm i ssi on  uni t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J RES I S SN 208 8-8 7 0 8     FPGA S y n t h e si s o f  Recon figu r a b l Modu les fo r FIR  Filter   (Sar a n y a  R)   67 In ord e r to   d e t ect fau lt, fau lt  n eeds to  b e  in t r odu ced in to the circu it. Th is  can   b e   do n e   b y  conv erting  th e Nativ e Circu it Descrip tion  (NC D ) file (n on  read ab le) o f  th e fau lt free circu it wh ich is o b t ain e d  aft e r the  place a n d rout e process int o   Xilinx  De si gn Langua ge (XDL) by  using  a t ool  –XDL and this  rea d a b le XDL  file h a s to  b e  ed ited  to  in trod u ce  fau lt. Th i s  file is  th en  co nv erted  b a ck   to  NCD and  th e NCD  file b ack  to  Verilog   n e tlist file and  is sim u lated  b y  ap p l yi n g  th e test  v ect o r s u s i n g test ben c h and  is v e rified   [2 ].  By u s in g  th e ab ov e d a ta path, 2 - tap  and  3 - t a p  serial and  pip e lin ed  FIR filters are  m o d e lled .  Th ese  are th e recon f ig urab le m o d u les fo r m a k i ng  th e FIR  filter p a rtially reco nfigu r ab le. Fig u re  4  shows  th reconfi g ura b le  m odules for the FIR  f ilter. T h ese m o dules  are the n  sy nthe si zed se paratel y  to obatin t h netlist  an d im p l e m en t e d   o n  v a riou Virtex FPGAs  to  d e term in e th e b e tter  d e v i ce  u tilizatio n .           Figure  4. Reconfi g urable m o dules for FIR fil t er      4.   RESULT A N D  AN ALY S IS   Ino r d e r to  ev alu a te th e feasib ility o f  b o t h   serial  an d   p i pelin ed  FIR filt ers, it is d e sig n e d  using  Verilog   HDL  an d  sy n t h e sized  u s i n g   Xilinx  ISE 14 .2 . Th e inp u t  an d   co efficien ts of b o t h  th filters are  assu m e d  to  b e  8 - b it.  W e  imp l em en ted  8 - b it (N=8) m u ltip licatio n  and  16 -b it (N=16 )  ad d ition  fo d e sig n i ng  th e filter. A  h a l f  ad d e r is also   u s ed  to add  t h e fin a l t w o b its.  First, th e fun c tio n a l sim u latio n   o f  bo th serial an p i p e lin ed   FIR filter  is d o n e  b y  u s ing  ISim   with  exha ustive test  bench. Successful sim u lation is then  fo ll owed by t h e synt hesis process  with  various  Xilinx  FPGA’s to ob t a in  th e m a x i mu m  co m b in ation a l p a t h   d e lay  an d d e v i ce  u tilizatio n  fo r FPGA im p l e m en tatio n .     Fig u re  5  an d Fig u re 6 shows  th e sim u latio n  wav e fo rm  fo serial and   p i p e lin ed  FIR filter b e fore an after fau lt in jectio n .   Here  ‘k ’ is th e in pu t,  ‘c0 , ‘c1   a n d ‘c2’ a r e the c o e fficients a nd  ‘y’ is the output. ‘i1’,  ‘i2  and   ‘i3’ are th ou tpu t   o f  equ a lity d e tecto r s. ‘f1’,  ‘f2   and  ‘f3   is th ou tpu t  o f  fau lt  d e tection  circu it.  Wh en  th v a lue o f  eith er of c0  [7 :4 ] and  c0   [3 : 0 ], c1   [ 7 :4 ] an d  c1   [ 3 :0 ],  c2  [7 :4 ] and  c2   [ 3 :0 ] ar e sam e ,  th co rresp ond ing  eq u a lity d e tecto r  b e co m e s act iv e an d   b e fo re  fau lt in j ection   th e o u t p u t  of fau lt d e tectio n  circu it  is ‘0 ’.  Wh en  t h e v a lu es are  d i fferen t , th en   th e eq u a lity d e tecto r  b e co m e s  in activ e an d  fau lt d e tectio n  is n o t   per f o r m e d as sho w n i n  Fi gu r e  5.  Aft e fa ul t  i n ject i o n, t h out put   of t h e c o r r es po n d i n g f a ul t  det ect i on  ci rcui t   b eco m e s ‘1’ as sho w n  i n  Fi g u re  6 .  Tab l 1  an d   Tab l 2 sho w  t h e com p ariso n   o f   dev i ce u tilizatio n  an co m b in atio n a l p a th  d e lay o f  2 - tap   an d 3 - tap   serial  and  p i p e lin ed  FIR filter  on  v a riou s FPGA d e v i ces.  Th p r op o s ed  d a ta  p a th  u tilizes less n u m b e r of slices, LUTs  and  IOBs  wh en  it is  i m p l e m e t e d  on  Virtex-5 . Bu wh en  it is im p l e m en ted  on   Virtex -4  and   Virtex -6 , t h d e v i ce u tilizatio n  i s  m o re. So  it i s  clear t h at Vi rtex -5  h a s b e tter  d e v i ce  u tilizatio n .  Th e d e sign s hav e  d i fferen t   delays wh en  imp l em en ted  o n   v a ri o u s   d e v i ces. It is  clear th at th p i p e lin ed  FIR filter h a s less d e lay as  com p ared  to  serial FIR filter. Fig u re 7  shows th co m p ariso n  of  2 - tap  an d 3-tap serial and   p i p e lin ed  FIR  filters on   v a ri o u s FPGA  d e v i ces.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 089 -48 64  IJR E S V o l .  4, No . 2,  J u l y  20 1 5   :    6 3  – 70   68     Fig u re  5 .  Sim u latio n  wav e form s fo FIR filter  b e fo re fau lt  in j ection          Fig u re  6 .  Sim u latio n  wav e form s fo r FIR filter after fau lt inj ectio     Tab l 1 .  C o m p arison   o f  d e v i ce u tilizatio n  and  co m b in a tio nal p a th   d e lay  of  2 - tap serial an d p i p e lin ed  FIR  filter  Device  Architecture   No.  of occupied  Slices (% )   No . o f   LU Ts  (%)   No . o f  IOBs   (%)   M a x i mu co m b inational  path delay  ( n s)  Virtex -4   (XC4VFX12)   Serial F I R filter  18  22.924  Pipelined FIR filte r 4  18  20.284  Virtex -5   ( X C5VL X110T Serial F I R filter  16.841  Pipelined FIR filter  14.268  Virtex -6   (XC6VCX75T)   Serial F I R filter  18  12.024  Pipelined FIR filter  18  9.898      Tab l 2 .  C o m p arison   o f  d e v i ce u tilizatio n  and  co m b in a tio nal p a th   d e lay  of  3 - tap serial an d p i p e lin ed  FIR  filter  Device  Architecture   No.  of occupied  Slices (% )   No . o f   LU Ts  (%)   No . o f  IOBs   (%)   M a x i mu co m b inational  path delay  ( n s)  Virtex -4   (XC4VFX12)   Serial F I R filter  22  24.648  Pipelined FIR filte r 6  22  22.012  Virtex -5   ( X C5VL X110T Serial F I R filter  18.696  Pipelined FIR filter  15.928  Virtex -6   (XC6VCX75T)   Serial F I R filter  22  17.411  Pipelined FIR filte r 1  22  15.456    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J RES I S SN 208 8-8 7 0 8     FPGA S y n t h e si s o f  Recon figu r a b l Modu les fo r FIR  Filter   (Sar a n y a  R)   69 5.   CO NCL USI O AN D F U T U RE W O R K     In t h i s  pa pe r,  we  prese n t e d t h desi g n  a nd  sy nt hesi of  re con f i g ura b l e  m o d u l e (2 -t ap a n d  3 - t a p )   f o r   d e v e l o p i n g  a  p a rtially reconfigu r ab le  FIR  filter. Th d a t a  p a th was  b a sed  on   th con cep t of d i v i de  and  co nqu er ap proach . By u s ing th is co n c ep t, th e n u m b e o f   g a tes was  redu ced  and  th u s  t h e FIR  filter   i m p l e m en ted  u s ing  th is  d a t a  p a th   was area efficien t.  An   on lin e fau lt d e tectio n   tech n i qu was also  in corpo r ated  in to  th d a ta path  and  a fau l t  in sertion  techn i qu e was  d e scrib e d  to  in sert th e fau lts so   th at b y   using t h e test  vectors the fa ults can be  de tected. T h e imp l em en tatio n  resu lt shows t h at th e recon f i g u r ab le  m odules ha ve l o we de vice ut iliza tion when  im plem ented on  Virtex -5 (XC 5 VLX110T - 1F F1136T ) F P GA.   Our  fu t u re effo rt is to   d e si g n  a recon f i g urab le FIR  filter t h at aim s  to  attain  all th obj ectiv es on  t h FPGA,  wh ich  are set b y  Dyna m i c Partial  R eco nfigu r ati o n (DPR ) b y  u s i n g  a  2 - tap  and two  3-tap  filters as  reco nfi g u r a b l e  m odul es i n  Pl anA h ea 1 4 . 2   on  Vi rt ex -5  ( X C 5 VL X1 1 0 T - 1F F1 1 3 6 T )  F P G A   whi c h s u pp o r t s   Partial Recon f i g uration .   Parti a l Reco nfigu r atio n  is t h ab ility to  reconfigu r e select ed  areas of an  FPGA an ti m e  after its in itial co n f iguratio n   [4 ].           Fig u re  7 .  Co mp ariso n  of seri al an d p i p e lin ed   FIR filters on v a riou d e v i ces (a)  2 - tap (b 3 - tap       ACKNOWLE DGE M ENT   The a u thor woul d like t o   acknowledge  the supp o r t  o f   t h e De part m e nt   of El ect ro ni cs  an d   Co mm u n i catio n ,   Sain tg its C o lleg e  of En g i n e ering ,   Ko ttayam  fo r techn i cal assistan ce i n  si m u latio n s     REFERE NC ES   [1]   Sohan S. Purohit, Sai Rahu l Chalamal as et ti,  M a rt i n  M a rgal a,  W i m  A. Vand erbauw hede, “Design and Evaluation of   High-P e rform ance P r oces s i ng E l em ents  for Rec onfigurabl e  S y s t em s IEEE T r a n sactions on Ve ry L a rge Scale   Integration  ( V LSI)  Systems,  Vol.  21, No. 10, Octo ber 2013.  [2]   Pradeep C, Rad h akrishnan R, Saran y a R, Philip  Sam u el., “ S y n t h esis of Data Path Archite cture  with Online Fault  Detec tion M e ch anis m  for Re con f igurabl e  S y s t em s Aust.  J. Basic  &  Appl. Sci ., 8( 10): 239-245, 20 14.    [3]   Rong Lin, “Reconfigurable Parallel In n e r Product Processor Architectur es”,  I E EE Transaction s  on Very Larg Scale Integratio n ( V LSI)  Systems , Vol. 9, No. 2 ,   April 2001.  [4]   Wang Lie, Wu Feng- y a n ,  “ Dynamic partial reconfiguration in  FPGAs ”, 2009  Third Intern atio nal S y mposium on  Intelligen t Infor m ation  Technolo g y  Application .   [5]   Sotiris X y dis, G e orge Economakos, Kiam al Pekmestzi, “Flexibili ty  n i ming into  Arithmetic Data- p aths Exploiting  a  Regular  Intercon nection Scheme”,  IEEE  2007.  [6]   S .  Chalam alas e t t i , W .  Vanderbau whede, S .  P u rohit, and M .  M a rg ala ,  “ A low cost reconfigurable soft processor for   multimedia appl ications: Design   synthesis and  programming model ”, in Proc.  Int. Conf . Field  Program. Logic  Devices, 2009, p p . 534–538 [7]   S .  Chal am alas et t i , S .  P u rohit,  M .   M a rgala ,  W .  V a nderbauwhede ,  “ MORA-an architecture and prog ramming model   for a resource effic ient  coarse  grained reconfigu r able processor ”,  in Proc.  4th  NASA/ESA  Co nf.  Adapt.  Hardw.  S y st., San  Francisco, CA, 2009, p p . 389-396 [8]   S .  P u rohit, S .  Chalam al as ett i M .  M a rgala ,  P .  Cors onello, " Power-Efficient  High Throughp ut Recon figurab le  Datapath Design for Portable  Multimedia D evi ces ", in Proceedings of Internatio nal Confer ence  on Reconfigur ab le  Computing and  FPGAs, pp.  217- 222, December  2008.  [9]   C.S. Wallace, “ A  suggestion for  a fast m u ltiplier IEEE Trans.  Electron. Comput , vol. 13, no . 1, pp. 14–17, Feb .   1964.  [10]   Yunan Xiang,  R y an Pettibon , Martin Margala, “ A Versatile  Module for Ad aptable Mul tim edia Processors ”,   Circuits  and S y s t em s, 2006, ISCAS Proceedings.  IEE E  In terna tio nal S y m posium   on 21-24 Ma y   2 006.  [11]   Katherin e Compton, “Reconfigur able Computi ng: A Survey  of S y st ems and Software”,  ACM Com puting Sur veys vol.34, no.2 .  pp 171-210, June 2 002.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 089 -48 64  IJR E S V o l .  4, No . 2,  J u l y  20 1 5   :    6 3  – 70   70 [12]   Rajamani Doraiswami, Chri s P. Diduch,  and Jiong Tang, "A N e w Diagnostic  Model fo r Identif y ing Parametr ic  Faults",  IEEE Transactions on C ont rol Systems Technolog y , vol.  18, no . 3 ,  May   2 010.pp 533-544 [13]   Yeong-Jae Oh et al., “A Reconfigurabl e  FIR F ilter Design Using Dy n a m i c Part ial Reco nfgurat i on”,  School of  Information  and Communication Eng. , Inha Univ., Inch eon, Korea.  [14]   Kuan-Hung Chen and Tzi-Dar C h iueh, “A Low-Po wer Digit-Based Reconfigu r ab le FIR Filter”,  I EEE T r ansactio ns  on Circuits  and  Systems—II : Ex press Briefs, vol.  53, no. 8, August 2006.  [15]   F. Vahad ,  “Register-Trans fer  Level (R TL)  Desig n ”,  Dig ital  Desi gn with  RTL  Design, Verilog  an d VHDL ,  USA,   2010, ch .r, sec 5.3.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.