Рубрика «ПЛИС»

Технология FPGA (ПЛИС) в настоящее время обретает большую популярность. Растёт количество сфер применения: помимо обработки цифровых сигналов, FPGA используются для ускорения машинного обучения, в blockchain технологиях, обработке видео и в IoT.

Данная технология имеет один существенный минус: для программирования используются довольно старые и специфичные языки описания цифровой аппаратуры Verilog и VHDL. Это осложняет вхождение новичка в FPGA и для работодателя найти специалиста с этими специфичными знаниями на рынке труда трудно. С другой стороны популярный высокоуровневый язык программирования Python с фреймворком MyHDL делают программирование FPGA простым и приятным. Тем более людей знающих Python на порядок больше специалистов владеющих Verilog/VHDL. Серией статей я хочу показать как легко и просто войти в область FPGA зная Python и начать делать настоящие сложные FPGA проекты на этом языке.
Читать полностью »

image

Сразу хочу оговориться, что эта статья не только подразумевает пассивное чтение, но и приглашает всех желающих присоединяться к разработке. Системные программисты, разработчики железа, сетевые и DevOps инженеры — добро пожаловать.

Поскольку проект идет на стыке сетевых технологий и хардварного дизайна, давайте разделим наш разговор на три части — так будет проще адаптировать информацию под ту или иную аудиторию читателей.

Определим первую часть как вводную. Здесь мы поговорим о хардварном инкапсуляторе ethernet-трафика, созданном на FPGA, обсудим его основные функции, архитектурные особенности и преимущества по сравнению с программными решениями.

Вторая часть, назовем ее «сетевой», будет более интересна для разработчиков железа, желающих ознакомиться с сетевыми технологиями поближе. Она будет посвящена тому, какую роль «Etherblade.net» может занять в сетях операторов связи. Так же разговор пойдет о концепции SDN (software defined networking) и о том, как открытое сетевое железо может дополнять решения больших вендоров, таких как «Cisco» и «Juniper», и даже конкурировать с ними.

И третья часть — «хардварная», которая скорее заинтересует сетевых инженеров, желающих приобщиться к аппаратному дизайну и начать разрабатывать сетевые устройства самостоятельно. В ней мы подробно рассмотрим FPGA-workflow, «союз софта и железа», FPGA-платы, среды разработки и другие моменты, рассказывающие о том, как подключиться к участию в проекте «EtherBlade.net».
Итак, поехали!
Читать полностью »

image

С 7 по 9 ноября в Институте космических и информационных технологий Сибирского федерального университета прошла I Зимняя школа «Цифровые встраиваемые системы». Участниками школы были студенты и аспиранты СФУ.
Читать полностью »

Вчера мне пришло письмо от десятиклассницы из Сибири, которая хочет стать разработчицей микропроцессоров. Она уже получила некоторый результат в этой области — добавила инструкцию умножения в простейший процессор schoolMIPS, синтезировала его для ПЛИС Intel FPGA MAX10, определила максимальную частоту и повышение производительности простых программ. Все это она сначала делала в деревне Бурмистрово Новосибирской Области, а потом на конференции в Томске.

Теперь Даша Криворучко (так зовут десятиклассницу) переехала жить в московский интернат и спрашивает у меня, чего бы ей еще спроектировать. Я думаю, что на этом этапе карьеры ей стоит спроектировать аппаратный ускоритель нейросетей на основе систолического массива для умножения матриц. Использовать язык описания аппаратуры Verilog и ПЛИС Intel FPGA, но не дешевенький MAX10, а что-нибудь подороже, чтобы вместить большой систолический массив.

После этого сравнить производительность аппаратного решения с программой, работающей на процессоре schoolMIPS, а также с программой на Питоне, работающей на десктопном компьютере. В качестве тестового примера использовать распознавание цифр с небольшой матрицы.

Десятиклассница из Сибири хочет стать проектировщицей процессоров. Почему бы ей не сделать нейроускоритель на ПЛИС? - 1
Читать полностью »

Загрузка конфигурации в ПЛИС через USB или разбираем FTDI MPSSE
Пишем загрузчик ПЛИС в LabVIEW. Часть 1

Пишем загрузчик ПЛИС в LabVIEW. Часть 2 - 1

В первой статье мы обкатали алгоритм загрузки на старом добром Си, во второй статье разобрались, как в LabVIEW можно организовать программу и реализовать простой интерфейс пользователя. В этот раз мы познакомимся с новыми приемами работы в LabVIEW, разберем особенности обработки ошибок и завершим проект: реализуем протокол загрузки файла конфигурации в ПЛИС.Читать полностью »

Пишем загрузчик ПЛИС в LabVIEW - 1

У большинства "нормальных" программистов, мягко говоря, неоднозначное отношение к технологии LabVIEW. Тут спорить можно долго и безрезультатно. Ситуацию усугубляет то, что в сети масса примеров программ на LabVIEW, но все они ориентированы на новичка и сводятся к "ой, смотрите как все просто, соединил крутилку с индикатором, кручу ручку, меняется циферка", или в лучшем случае на график в цикле выводится случайное число или синус, все это сопровождается зубодробительным интерфейсом в виде гигантских тумблеров, крутилок и стрелочных индикаторов. Лично меня такой подход сознательного упрощения раздражает. В небольшом цикле статей я постараюсь познакомить читателя с процессом разработки прикладного ПО на LabVIEW. Для того, чтобы не уделять много времени предметной области, воспользуемся подробно описанным алгоритмом загрузки файла конфигурации в ПЛИС через FTDI в режиме MPSSE (Загрузка конфигурации в ПЛИС через USB или разбираем FTDI MPSSE). В этой статье я покажу как реализовать такой же загрузчик ПЛИС, но на языке LabVIEW.

Читать полностью »

Всем привет!

В этой статье речь пойдет об одной важной части цифровой обработки сигналов — оконной фильтрации сигналов, в частности на ПЛИС. В статье будут показаны способы проектирования классических окон стандартной длины и «длинных» окон от 64K до 16M+ отсчетов. Основной язык разработки — VHDL, элементная база — современные кристаллы FPGA Xilinx последних семейств: это Ultrascale, Ultrascale+, 7-series. В статье будет показана реализация CORDIC — базового ядра для конфигурации оконных функций любой длительности, а также основных оконных функций. В статье рассмотрен метод проектирования с помощью языков высокого уровня С/C++ в Vivado HLS. Как обычно, в конце статьи вы найдете ссылку на исходные коды проекта.

КДПВ: типичная схема прохождения сигнала через узлы ЦОС для задач анализа спектра.
Особенности оконной фильтрации на ПЛИС - 1
Читать полностью »

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 »