Рубрика «ПЛИС»

Сезон 1. Проект на Virtex5 не работает, хотя на другой партии кристаллов все в порядке.

Однажды случилось так, что плата с кристаллом XC5VSX95T не заработала. Было известно, что это новая партия кристаллов. Для проверки проблемы был написан тест, тестирующий подряд все слайсы FPGA. Тестирование кристаллов показало наличие неисправных модулей LUT, входящих по 4 элемента в состав одного слайса. Оказалось, что триггеры в этих слайсах в порядке, и тогда был создан блок памяти на триггерах, которые в свою очередь созданы на LUT. См. рис. 1. Здесь показан пример триггера на LUT4. Каждая ячейка(бит) в тесте отвечает за один слайс. Триггерная ячейка задействует все четыре LUT слайса. Кристалл был разбит на 5 областей (и в другом тесте 9 областей), которые тестировались отдельно, каждый своей прошивкой. Правильное размещение используемых слайсов регламентировалось атрибутами LOC. Неисправность характеризуется невозможностью изменить состояние тестируемого триггера. Выход такого триггера может читаться 0 или 1, но всегда одинаково. Поэтому сначала память заполнялась 1, и проверялась, потом 0, и проверялась. Полный диапазон слайсов такой: X0Y0 – X91Y159. (14720 слайсов)

Исследование внутренних дефектов ПЛИС: ищем черную кошку в темной комнате - 1

Рис.1
Читать полностью »

За последние 10 лет количество товаров-подделок в мире увеличилось в 2 раза. Это данные отчета министерства внутренней безопасности США. Большая часть контрафакта приходится на Китай (56 %), Гонконг (36%) и Сингапур (2%).

Производители оригинальных товаров несут серьезные убытки, часть из которых приходится на рынок электроники. Многие современные товары содержат в себе электронные компоненты: одежда, обувь, часы, ювелирные изделия, автомобили. В прошлом году прямые потери от незаконного копирования потребительской электроники и электронных компонентов в составе других товаров достигли порядка 0,5 трлн долл. США.

Физически неклонируемые функции: защита электроники от нелегального копирования - 1

Эту проблему помогают решить различные методы защиты цифровой электроники от нелегального копирования, модификации и обратного проектирования: аппаратное шифрование (AES, RSA и др.), хеширование (например, SHA-256, MD-5), внедрение цифровых водяных знаков и отпечатков пальцев в проектное описание, лексическая и функциональная обфускация, формальная верификация и другие.

В этой статье мы расскажем об одном из самых экономичных методов защиты с точки зрения аппаратных затрат — физически неклонируемых функциях.
Читать полностью »

FPGA плата к Raspberry Pi - 1

Некоторое время назад появилась в моем распоряжении плата Raspberry Pi3. Ее возможности действительно впечатляют: и быстрый четырехядерный процессор, и встроенные аппаратные кодеки/декодики аудио/видео/jpeg, сеть Ethernet/WIFI, USB2, HDMI… Прямо настоящий компьютер. Очень круто, что есть разъем GPIO, который позволяет разным умельцам подключать что-то свое нестандартное и особенное. Существует огромное число различных плат расшрения, которые устанавливаются на этот разъем: дисплеи, светодиодные экраны, адаптеры для двигателей, платы АЦП…

Я хотел бы немного рассказать об FPGA плате Марсоход2RPI, которая, как и другие платы расширения, подключается к разъему GPIO распберри, и добавляет нашему микрокомпьютеру совершенно новые свойства.Читать полностью »

От песка к компьютеру. Часть 1. Атомы и транзисторы - 1
Все мы еще с уроков информатики знаем, что информация внутри компьютера передаётся при помощи нулей и единиц, но оказалось, что большинство айтишников, с которыми я общаюсь (и довольно хороших!) слабо представляют, как же, все-таки, устроен компьютер.
Как заставить песок делать то, чего мы от него хотим?
Для большинства людей познания устройства компьютера оканчиваются на уровне его составных элементов — процессор, видеокарта, оперативная память… Но что именно происходит внутри этих чёрных прямоугольничков после подачи питания — магия. В этой статье (скорей всего, даже серии статей) я постараюсь простым языком объяснить, как же устроены эти таинственные прямоугольнички.
Читать полностью »

Одна из самых заметных проблем, с которыми сталкиваются разработчики встроенных систем, — это разнообразие технических требований к организации внешнего интерфейса ввода-вывода. Независимо от того, будь то Ethernet с оптическим или «медным» физическим уровнем передачи данных, аналоговый интерфейс или гигабитный последовательный интерфейс, разработчикам системы требуется набор средств для эффективного создания необходимого сочетания интерфейсов в вычислительной системе.

Мезонинные модули стандарта FMC для построения высокопроизводительных систем обработки сигналов - 1
Мезонинный модуль стандарта FMC
Читать полностью »

Господа! Сегодня мы пройдемся с сибирской девушкой Ириной по Музею истории компьютеров в Маунтин-Вью, Калифорния. Причем пройдемся не как туристы, а для принесения пользы России. Я уже писал в предыдущем посте, что один из эффективных способов для студента изучить проектирование процессоров — это взять какой-нибудь древний, но поучительный процессор, найди документацию по его архитектуре (и какую-нибудь информацию по его микроархитектуре), и спроектировать аналог этого процессора на языке описания аппаратуры SystemVerilog (или VHDL, если он вам больше нравится), после чего реализовать процессор на плате ПЛИС / FPGA (какой именно, не важно — Altera / Intel FPGA, Xilinx или Lattice). В качестве учебника для такого упражнения вы можете начать с Харрис & Харрис, после чего продолжить с книгами для более продвинутой стадии обучения, например Шень-Липасти.

Каким образом все это принесет пользу России? Под такие проекты мы собираемся раздавать FPGA платы на конференции которая пройдет 18-22 сентября в Томске. Туда приедут представители МГУ, МФТИ, МИЭТ, МЦСТ, Imagination Technologies, National Instruments итд. Они будет обсуждать, как обновить программу университетов, чтобы сегодняшние студенты через несколько лет проектировали росийские чипы на уровне передовых западных компаний. Там также будет школа-семинар, на которой будут обсуждать, как делать учебные процессоры — начиная от простейшего schoolMIPS от Станислава Жельнио sparf.

Вот первая фотография из музея в Маунтин-Вью — на ней помимо Ирины и ракеты в центре виден небольшой ящичек. Это бортовой компьютер космической станции «МИР» , который проектировали инженеры советского объединения «ЭЛАС», которое трансформировалось в современную зеленоградскую компанию «ЭЛВИС»:

Экскурсия по Музею Истории Компьютеров в Калифорнии, с пользой для разработки. Часть 1. ENIAC, Stretch, CDC6600, IBM-360 - 1

Итак, темы для учебных проектов — начиная из дремучих десятилетий середины XX века:
Читать полностью »

SDR, или программно-определяемая радиосистема – это устройство для работы с радио, в котором работает мини-компьютер со специальным программным обеспечением. Он заменяет традиционные аппаратные компоненты: фильтры, усилители, модуляторы и демоуляторы. Это позволяет создать радиоприемник, работающий с самыми разными протоколами. Вообразите себе радиолу, которая кроме «ХитFM» может принимать аналоговое и цифровое телевидение, связываться по Wi-Fi, Bluetooth и GPS, а также засекать излучение пульсаров.

А теперь представьте себе американского девятиклассника, который решил сделать такую радиолу, заказал через интернет ПЛИС, радиомодуль, развёл шестислойную плату, а потом своими руками смонтировал на неё почти 300 компонентов. И через три ревизии это всё у него заработало!
Читать полностью »

В первой части я описал на примере cmoda7 как портировать MIPSfpga (Портирование MIPSfpga на другие платы и интеграция периферии в систему. Часть 1) на FPGA платы отличные от уже портированых среди которых такие популярные как: basys3, nexys4, nexys4_ddr фирмы Xilinx, а так же de0, de0_cv, de0_nano, de1, DE1, de10_lite, de2_115, DE2-115 фирмы Altera(Intel), во второй части как интегрировать клавиатуру Pmod KYPD (Портирование MIPSfpga на другие платы и интеграция периферии в систему. Часть 2).

В этой части добавим к MIPSfpga-plus встроенный АЦП, и популярный LCD от Nokia 5100.
С предыдущих частей можно сделать вывод, что интеграция периферии в MIPSFPGA состоит из пять основных этапов:

  • Добавление модуля интерфейса общения с периферией (i2c, spi, и т.д.).
  • Соединение входных/выходных портов модуля с шиной AHB-Lite.
  • Присваивание адресов сигналов подключаемого устройства.
  • Добавление констрейнов на физические контакты платы.
  • Написание программы для MIPS процессора.

Подключение встроенного в cmoda7 АЦП


Портирование MIPSfpga на другие платы и интеграция периферии в систему. Часть 3 - 1
Как я уже говорил плата cmodA7 имеет встроенный АЦП, pin 15 и 16 используются в качестве аналоговых входов модуля FPGA. Диапазон работы встроенного АЦП от 0-1V, поэтому используется внешняя схема для увеличения входного напряжения до 3.3V.
Портирование MIPSfpga на другие платы и интеграция периферии в систему. Часть 3 - 2

Эта схема позволяет модулю XACD точно измерить любое напряжение от 0 В и 3,3 В (по отношению к GND). Чтобы работать с АЦП в Vivado существует блок IP (интеллектуальной собственности) Xilinx, с помощью которого можно будет просто его интегрировать в нашу систему MIPSfpga.
Читать полностью »

MIPSfpga микропроцессор MIPS32 microAptiv описаный на языке Verilog для образовательных целей фирмы Imagination, который имеет кэш-память и блок управления памятью. Код процессора доступен пользователю (инструкция по скачиванию) и может использоваться для моделирования и реализации процессора на FPGA плате.

Данная статья является продолжением статьи о том как портировать MIPSfpga-plus на другие платы, и в ней будет описано как интегрировать периферию в систему MIPSfpga:
Портирование MIPSfpga на другие платы и интеграция периферии в систему. Часть 2 - 1

Так же о том как начать работать с MIPSfpga написано в статье:
habrahabr.ru/post/275215

Процессор использует интерфейс памяти для связи с периферийными устройствами. То есть, это означает что данные записываются и считываются с подключенной периферии так же, как и с блока памяти RAM. Интеграция периферии в процессор осуществляется подключением к шине AHB-Lite(подробная документация). Подробней попробуем разобраться в процессе подключения.

Для начала нужно иметь понятие как будут проходить сигналы по шине AHB-Lite:
Портирование MIPSfpga на другие платы и интеграция периферии в систему. Часть 2 - 2

Видно, что процесс считывания данных с периферии осуществляется по сигналу HRDATA, передача данных производится по HWRITE с активным высоким уровнем на сигнале разрешения записи, выбор GPIO осуществляется выбором адреса на HADDR.
Читать полностью »

MIPSfpga представляет собой предназначенный для образовательных целей микропроцессор MIPS32 microAptiv фирмы Imagination, который имеет кэш-память и блок управления памятью. Код процессора на языке Verilog доступен пользователю и может использоваться для моделирования и реализации процессора на FPGA плате.

В даной статье будет описано на примере Digilent cmodA7 как портировать процессор MIPSfpga-plus на другие платы.

Портирование MIPSfpga на другие платы и интеграция периферии в систему. Часть 1 - 1

На сегодняшний день MIPSFPGA портирован на популярные платы таких фирм как ALTERA и Xilinx, среди них Basys 3, Nexys4 ddr, и другие (полный список находится на github). Такие платы наиболее популярны среди разработчиков на FPGA. Цена на такие платы довольно не маленькая, да и загружаются программы в ядро MIPSfpga с использованием интерфейса EJTAG и адаптера Bus Blaster ценой около 50$. Адаптер Bus Blaster получает команды по высокоскоростному кабелю USB 2.0 и преобразует их в последовательный протокол EJTAG, это позволяет загружать программы в ядро MIPSfpga и управлять отладкой программ, которые на нем выполняются. Проблема с относительно дорогим Bus Blaster была решена введением в систему MIPSfpga ряда улучшений. Улучшеный вариант системи MIPSfpga, названый MIPSfpga-plus включает в себя такие новые функции:

— Возможность загрузки программного обеспечения с использованием USB-to-UART коннектора ценой в $ 5 FTDI вместо $ 50 Bus Blaster, который иногда не так уж и легко достать.

— Возможность изменять тактовую частоту на лету с 50 или 25 МГц до 1 Гц (один цикл в секунду) для наблюдения за работой процессора в режиме реального времени, включая промахи в кэш-памяти и перенаправления конвеера.

— Пример интеграции датчика освещенности с протоколом SPI.

— Небольшая последовательность инициализации программного обеспечения, которая вписывается в 1 КБ вместо 32 КБ памяти, что позволяет переносить MIPSfpga на более широкий выбор плат FPGA без использования внешней памяти. Реализация UART описана в статье: MIPSfpga и UART.
Читать полностью »