Рубрика «Verilog»

Часть I
Часть II

Спроектируем Little Man Computer на языке Verilog.

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

Напишем модуль оперативной памяти (ОЗУ), состоящий из четырех (N=2) четырёхбитных (M=4) слов. Данные загружаются в ОЗУ из data_in по адресу adr при поступлении тактового сигнала clk.

module R0 #(parameter N = 2, M = 4)
(
input clk, //тактовый сигнал
input [N-1:0] adr, //адрес
input [M-1:0] data_in, //порт ввода данных
output [M-1:0] RAM_out //порт вывода данных
);
reg [M-1:0] mem [2**N-1:0]; //объявляем массив mem
always @(posedge clk) //при поступлении тактового сигнала clk
mem [adr] <= data_in; //загружаем данные в ОЗУ из data_in 
assign RAM_out = mem[adr]; //назначаем RAM_out портом вывода данных
endmodule

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 »

Эта статья рассказывает, как сгенерировать видеосигнал на FPGA, используя в качестве примера игру FizzBuzz. Генерировать видео оказалась проще, чем я ожидал — проще, чем предыдущая задача с последовательным выводом FizzBuzz на FPGA. Я немного увлёкся проектом, поэтому добавил анимацию, разноцветный текст и гигантские прыгающие слова на экране.

Решение FizzBuzz на FPGA с генерацией видео - 1
FizzBuzz на плате FPGA. Плата генерирует прямой видеосигнал VGA с анимацией слов “Fizz” и “Buzz”

Если Вы не знакомы с задачей FizzBuzz, то она заключается в написании программы, которая печатает числа от 1 до 100, где кратные трём заменяются словом Fizz, кратные пяти — словом Buzz, а кратные пятнадцати — FizzBuzz. Поскольку FizzBuzz реализуется в нескольких строчках кода, эту задачу дают на собеседованиях, чтобы отсеять совсем не умеющих программировать. Но на FPGA решение гораздо сложнее.
Читать полностью »

Преобразователи Time-To-Digital (TDC): что это такое и как они реализованы в FPGA - 1
На рисунке — первый в мире спутник квантовой связи «Мо-Цзы», который запустили из Китая в 2016 году, в нем летает TDC, реализованная в FPGA.

Объяснить своей девушке (или парню), что такое ADC и DAC, и в каких домашних приборах они используются, может каждый человек, называющий себя инженером. А вот что такое TDC, и почему у нас дома их нет, зачастую можно узнать только после свадьбы.

TDC — это time-to-digital converter. По-русски говоря: времяизмерительная система.

Основные потребители быстродействующих TDC — научные группы. Как правило, под определенный исследовательский проект требуется что-то очень специфическое. То каналов надо много, то разрешение очень высокое, то исполнение компактное. А уровень развития современных FPGA и их доступность как раз дают исследователям возможность экспериментировать с реализациями и подстраивать их под собственные нужды.

В этой хабрастатье приводится детальное описание простенькой времяизмерительной системы на FPGA Cyclone IV. Статья будет полезна не только для расширения кругозора, но и с методической точки зрения, поскольку реализация системы нетривиальная.
Читать полностью »

Недавно я увлёкся программированием FPGA и решил, что будет интересно реализовать на FPGA алгоритм игры FizzBuzz. FPGA (программируемая пользователем вентильная матрица) — интересная микросхема. Она программируется на выполнение произвольной цифровой логики. Можно сконструировать сложную схему, не прокладывая физические каналы между отдельными вентилями и триггерами. Микросхема способна превратиться во что угодно, от логического анализатора до микропроцессора и видеогенератора.

Тест FizzBuzz — написать программку, которая выдаёт числа от 1 до 100, где кратные трём заменяются словом “Fizz”, кратные пяти — словом “Buzz”, а кратные пятнадцати — “FizzBuzz”. Поскольку такая программа реализуется в нескольких строчках кода, то её часто задают на собеседованиях чтобы отсеять тех, кто вообще не умеет программировать.

Реализация FizzBuzz на FPGA - 1
Плата Mojo FPGA, подключенная к порту serial-to-USB. Большой чип на плате — это Spartan 6 FPGA

Реализация FizzBuzz в цифровой логике, а не в коде, довольно бессмысленна, но показалась мне хорошим примером для обучения.1 Для этого проекта я использовал простую плату разработки Mojo V3 FPGA для начинающих. На ней установлен FPGA семейства Xilinx Spartan 6. Это один из самых маленьких FPGA, но у него 9000 логических ячеек и 11 000 триггеров — так что малыш на многое способен.
Читать полностью »

Некоторое время назад участвовал в обсуждении DIY проекта матричных светодиодных часов
И что меня удивило — в качестве устройства отображения использовались древние одноцветные светодиодные матрицы 8х8 с шагом 5 миллиметров. Причём под них разводились сложные печатные платы, делалась софтовая динамическая индикация. И это в то время, когда уже давно доступны по цене в районе 10-20$ готовые полноцветные LED панели 64х32 с шагом 3 мм. А общий ассортимент подобных панелей очень большой и имеет шаг пикселя от 2 до 10 мм и практически любой размер.
Читать полностью »

Год 2017 стал годом больших изменений в зарождающейся экосистеме российской микроэлектроники. Эти изменения заметило даже ранее безразличное к российскому железу общество. Российский чип ELISE для умных камер от ЭЛВИС-НеоТек вышел на удобной плате для разработчиков. Эту плату показали по Первому каналу российского телевидения. C российским процессором Байкалом-Т теперь может поработать любой программист через доступ к серверам удаленной лаборатории, которую байкаловцы создали вместе с МГУ. Российские процессоры от НИИСИ стали использовать для телекоммуникационного оборудования.

Для перехода от единичных успехов к развитой экосистеме необходимо подкрутить образование. В сентябре в Томске прошло совещание, на котором преподаватели и инженеры из Москвы, Сибири, Поволжья, Калифорнии и других мест обменялись опытом в преподавании микроэлектроники. Одновременно там же прошел учебный семинар по SystemVerilog, VHDL, FPGA, CPU IP, на который пришли не только россияне, но и студенты из Китая и Вьетнама, среди которых быстро распостранилась информация, что рядом учат чему-то полезному для их карьеры. Под катом — отчет об этом и сопутствующих событиях. Действующие лица: томские и новосибирские университеты, московские МГУ, МФТИ и МИЭТ, новосибирские лицеи, российская компания МЦСТ, американские MIPS, AMD и National Instruments, британская Imagination и казахский Назарбаевский Университет.

Суровая сибирская и казахстанская микроэлектроника 2017 года: Verilog, ASIC и FPGA в Томске, Новосибирске и Астане - 1
Читать полностью »

Жили были, не, не так… Однажды рано утром, придя в очередной раз на работу, я узнал, что у нас в серверной всего один ввод электропитания и он может отгорать. Целый день было нечего делать, и я решил написать статью на Хабр. Статья ориентирована на начинающих и праздно интересующихся.

Технология КМОП достигла такого уровня, что современные микросхемы представляют собой огромные и очень сложные структуры и системы, собранные из систем. В то же время, стоимость запуска в производство растет экспоненциально с уменьшением технологических норм. Поэтому, при разработке, требуется моделировать и верифицировать все в максимально возможном объеме. Идеальный случай, который даже иногда реализуется на практике, когда микросхема заработала с первого запуска.

Так как мы живем в аналоговом мире, то даже цифровая микросхема должна уметь с этим миром общаться. Цифровые микросхемы содержат на кристалле десятки больших аналоговых блоков, таких как АЦП, ЦАП, ФАПЧ, блоки вторичного питания и т.д. Исключением из этого правила, вероятно, являются только большие процессоры, типа Core i и т.п., где все это хозяйство вынесено в чипсет.

Читать полностью »

Недавно вышло еще одно печатное издание книжки Харрис & Харрис на русском языке. Это широкоохватывающий ликбез про то, как проектируют микросхемы в компаниях типа Apple и Intel (методология проектирования на уровне регистровых передач с использованием языков описания аппаратуры). До этого печатного издания вышло бесплатное электронное издание этой же книжки, которое стало вирусным — его скачивания дважды завалили британский сайт Imagination Technologies, а посты о книжке на Хабре и Гиктаймс собрали более 300,000 просмотров (1, 2, 3, 4, 5 ). История перевода книжки на русский тоже довольно поучительна — он начался как общественный проект группы энтузиастов: преподавателей российских и украинских университетов, а также русских сотрудников компаний как в Silicon Valley (MIPS, AMD, Synopsys, Apple, NVidia ...) так и в России (НИИСИ, МЦСТ, Модуль ...). Когда вышло первое печатное издание на русском языке, его тоже довольно быстро раскупили и пожаловались, что оно черно-белое. Поэтому следующий принт был цветной, улучшенного качества.

Теперь возникает вопрос: ну хорошо, вы приобрели или скачали бесплатно книжку, поняли основы цифровой схемотехники, языков описания аппаратуры Verilog и VHDL, приобрели вкус писания на ассемблере и разобрались с организацией простейшего конвейерного микропроцессора, а также как все это стыкуется с периферийными устройствами и встроенным программированием. Что делать дальше?

Следущие шаги в черной магии процессоростроения после того, как вы освоили Харрис & Харрис - 1

На снимке — Татьяна Волкова, сотрудница образовательных программ компании Samsung в Московском Физико-Техническом Институте
Читать полностью »