Рубрика «ПЛИС»

Мой Hello World! на FPGA или очередная версия UART

Наконец-то у меня дошли руки до изучения ПЛИС. А то как-то неправильно получается: драйвера на железо под Linux пишу, микроконтроллеры программирую, схемы читаю (и немного проектирую), надо расти дальше.

Так как мигать светодиодами мне показалось не интересно, то решил сделать простенькую вещь. А именно написать модули приемника и передатчика для UART, объединить их внутри FPGA (заодно понять как использовать IP Core), ну и протестировать это все на реальном железе.
Читать полностью »

Господа! На фотографии Ирина, девушка из Новосибирска, рассматривает музейную экспозицию про персональные компьютеры 1980-х годов. Именно тогда, в 1980-х, окончательно произошел весьма неприятный разрыв между западной электроникой и советской. Если в 1970-х советская электроника просто отставала лет на 7 (если судить по датам выхода DEC PDP-11 и СМ-4), то в районе 386-го она просто померла.

Одновременно в конце 1980-х на Западе появилась технология логического синтеза из языков описания аппаратуры Verilog и VHDL. Эта технология стала мейнстримом в 1990-х и в конечном итоге в 21 веке привела к айфонам и нейроускорителям. Логический синтез ввели во всяких MIT и Стенфордах вместе с лабами на ПЛИС-ах еще в 1990-е, но в России и Украине того времени пораженческие настроения и неверие в отечественную электронику привели к тому, что исправлять ситуацию предстоит нам сейчас.

Для того, чтобы построить в России экосистему разработки электроники, с сотнями компаний, а не дюжиной, как сейчас, нужно делать то, что делали в США в 1990-х и делают сейчас в Китае: выучить кучу молодых инженеров принципам логического проектирования цифровых схем на уровне регистровых передач. Даже если не все из них будут проектировать микропроцессоры и сетевые чипы, а половина пойдет в чистое программирование, эти знания не пропадут зря: время повышения быстродействия компьютеров за счет уменьшения транзисторов подходит к концу, и везде наступают гибридные софтверно-хардверные решения, со специализированными аппаратными вычислительными блоками — об этом недавно даже произнес речь Джон Хеннесси, председатель совета директоров компании Alphabet / Google.

Если вы в Казани или Новосибирске и хотите проектировать микросхемы, как в Купертино - 1

Я это все говорю к тому, что она днях в Новосибирске пройдет одно из мероприятий по вытаскиванию России из неразвитого состояния в данной области.
Читать полностью »

Сейчас выходит русский перевод японской манги 2013 года про цифровые схемы, созданной Амано Хидэхару и Мэгуро Кодзи. Несмотря на несерьезную форму изложения, суть этой книжки очень здравая. Например, она начинает от древних микросхем малой степени интеграции и быстро привязывает их к современному языку описания аппаратуры Verilog и программируемым логическим интегральным схемам (ПЛИС). Также манга четко определяет зачем нужны комбинационные и последовательностные схемы, и дает представление о методах оптимизации.

Манга избегает ошибок многих своих предшественников. Одну из таких ошибок совершил Чарльз Петцольд в книге «Код», которая вводила последовательностную логику не на D-триггерах, управляемых фронтом тактового сигнала (edge-triggered D-flip-flop), а на D-триггерах с работой по уровню (защелках, level-sensitive D-latch), хотя потом переключалась на правильные триггеры. Вероятно, ошибка была связана с тем, что Чарльз Петзольд, который прославился как автор учебников по программированию GUI в Microsoft Windows, не был практикующим разработчиком электроники, и для него защелки были «проще», чем триггеры с фронтом. Проблема в том, что защелки плохо совместимы со статическим анализом задержек при логическом синтезе, главной технологии проектирования цифровых схем последних 30 лет. Системы на кристалле внутри гаджетов типа айфона в качестве элементов состояния в 99% случаях используют D-триггеры переключаемые по фронту, а защелки используют только в очень специальных случаях. Давать новичкам строить схемы на защелках — это значит вводить их в заблуждение.

В этом смысле манга лучше чем Петзольд. Вот как элегантно манга объясняет работу двухступенчатого master slave D-триггера, управляемого фронтом тактового сигнала. Это делается с помощью феи «Хи-хи-хи» и феи «Ха-ха-ха»:

Японские феи показывают работу master-slave триггера в новой манге по цифровой электронике - 1
Читать полностью »

Размеры транзисторов в современных микросхемах неумолимо уменьшаются — несмотря на то, что о смерти закона Мура говорят уже несколько лет, а физический предел миниатюризации уже близок (точнее, в некоторых местах его уже успешно обошли). Тем не менее, это уменьшение не приходит даром, а аппетиты пользователей растут быстрее, чем возможности разработчиков микросхем. Поэтому, кроме миниатюризации транзисторов, для создания современных микроэлектронных продуктов используются и другие, зачастую не менее продвинутые технологии.

Системы в корпусе или Что на самом деле находится под крышкой корпуса микропроцессора - 1
Читать полностью »

Золото досталось России, серебро разделила Россия и Италия, бронза досталась Украине. Таковы результаты европейского финала престижного соревнования InnovateFPGA под эгидой Интела. Победители поедут в Калифорнию, где встретятся с финалистами из Америки и Азии. Надеюсь, теперь не нужно будет объяснять на Хабре, почему Verilog и ПЛИС/FPGA стратегически важны, несмотря на то, что «вакансий на джаву больше».

Студенты, которые сейчас делают проекты на ПЛИСах, через несколько лет будут делать массовые микросхемы для самоуправляемых автомобилей, ускорителей нейронных сетей, дополненной реальности и других приложений, в который обычный процессор не справляется. Именно поэтому Intel потратил 16.7 миллиардов долларов на покупку Altera и вход в рынок ПЛИС. А на днях Интел купил еще и компанию eASIC для дешевой конверсии дизайнов из ПЛИС в ASIC (в eASIC есть достаточно многочисленная российская команда).

Победа российских и украинских команд в интеловском конкурсе InnovateFPGA возникла не на пустом месте, а в результате работы конкретных людей в ЛЭТИ, ИТМО, КПИ и других местах, о которых уже были статьи на Хабре. Если продолжить эти начинания и расширить преподавание ПЛИС и языков описания аппаратуры во все технические вузы от Калининграда до Якутии, от Львова до Тбилиси и Астаны — то через пару десятилетий это может изменить расстановку сил в мировой электронной промышленности примерно так же, как работы Курчатова и Королева изменили расстановку сил в мировой атомной промышленности и освоении космоса.

Российские и украинские команды взяли верх над европейцами на европейском финале интеловского конкурса InnovateFPGA - 1
Читать полностью »

Разработка интерфейсных плат на SoC Xilinx Zynq 7000 для записи речи в аналоговом и цифровом формате - 1

В этой статье мы поделимся опытом разработки интерфейсных плат блока сопряжения на базе SoC ARM+FPGA Xilinx Zynq 7000. Платы предназначались для записи речевых сигналов в аналоговом и цифровом формате PRI/BRI (ISDN, E1/T1). Само конечное устройство будет использоваться для фиксации переговоров в гражданской авиации.
Читать полностью »

Начну издалека. Прошлой зимой довелось мне делать USB-устройство с ядром, размещаемым в ПЛИС. Само собой, очень мне хотелось проверить реальную пропускную способность этой шины. Ведь в контроллере — там слишком много всего наверчено. Всегда можно сказать, что вот тут внесена задержка, или вон там. В случае же с ПЛИС — я вижу блок, прокачивающий данные, вот он сказал мне, что в нём данные есть. А вот я выставил, что всё обработано, и я готов принимать новую порцию (при этом, он уже принимает данные во второй буфер этой же конечной точки). Отлично, ставим готовность с первого же такта и смотрим, что получается, когда USB может «молотить» без остановки.

Шина PCIe: только ли физические ограничения влияют на скорость передачи? - 1
Читать полностью »

Спроектируем Little Man Computer на языке Verilog.

Статья про LMC была на Хабре.

Online симулятор этого компьютера здесь.

Напишем модуль ОЗУ на языке Verilog.

Данные загружаются в ОЗУ из data_in по тактовому сигналу clk.

module R0 #(parameter N = 2, M = 4)
(
input clk,
input [N-1:0] adr,
input [M-1:0] data_in,
output [M-1:0] RAM_out
);
reg [M-1:0] mem [2**N-1:0];
always @(posedge clk)
mem [adr] <= data_in;
assign RAM_out = mem[adr];
endmodule

Подключим счётчик к адресному входу ОЗУ

module R1 #(parameter N = 2, M = 4)
(
input Counter_clk, RAM_clk,
//input [N-1:0] adr,
input [M-1:0] data_in,
output [M-1:0] RAM_out
);
reg [1:0]counter;
always @(posedge Counter_clk)
 counter <= counter + 1; 
 wire [N-1:0] adr;
 assign adr = counter; 
reg [M-1:0] mem [2**N-1:0];
always @(posedge RAM_clk)
 mem [adr] <= data_in;
assign RAM_out = mem[adr];
endmodule

Вот так выглядит схема в RTL Viewer

Little Man Computer на языке Verilog - 1
Читать полностью »

Спроектируем Little Man Computer на языке Verilog.

Статья про LMC была на Хабре.
Online симулятор этого компьютера здесь.

Сперва создадим устройство, позволяющее производить загрузку данных в ОЗУ.
Проектирование процессора на языке Verilog - 1
Читать полностью »

Часть I
Часть II
Часть III
Спроектируем схему из предыдущей части на языке Verilog.
Заменим RAM с одним портом чтения/записи на RAM с раздельными портами чтения/записи.
Управление производится командами:
1. загрузка адреса в счётчик Counter,
2. загрузка данных в память RAM,
3. загрузка (из устройства ввода) данных в аккумулятор Acc,
4. переключение мультиплексора MUX.

Проектирование процессора (CPU Design) Часть III - 1
Подключим счетчик на адресный вход ОЗУ.
При подаче тактового сигнала значение счетчика увеличивается на 1, т.о. можно переходить от ячейки к ячейке, от младшего адреса к старшему.
Проектирование процессора (CPU Design) Часть III - 2
Читать полностью »