Рубрика «Verilog»

Уничтожить монополию Америки в EDA. Иннополис делает первый шаг - 1

Еще с 1990-х годов меня поражало, что проектирование всей мировой цифровой микроэлектроники контролируется двумя конторами в Калифорнии, которые находятся в 10 минутах езды друг от друга — Synopsys и Cadence. В те времена четверть мирового проектирования делалось в Японии (континентальный Китай тогда находился в примитивном состоянии), и все эти Sony, Hitachi, Fujitsu и другие гиганты ездили на поклон в Америку и платили несчетные миллионы долларов за программы, которые потом использовали японские проектировщики. Сейчас это продолжается с Samsung, Huawei и с даже российскими конторами, которые проектируют микросхемы для космоса.

Русская земля умудрилась вырастить Yandex супротив Гугла, так почему бы и не попробовать создать какие-нибудь программы для проектирования микросхем? Начать можно с малого: популяризовать конкурсы и хакатоны по разработке алгоритмов автоматизации проектирования (Electronic Design Automation — EDA). Эти алгоритмы удобны тем, что у них много уровней сложности: простейшую программу Place & Route может написать студент за выходные, но вот на продвинутую потребуются десятилетия работы сотен людей и миллиарды долларов на R&D.

Сейчас в Иннополисе возле Казани делают мероприятие для студентов в формате «две недели подготовки + хакатон». Одним из тем стала традиционная задача EDA — размещение и трассировка графа электронной схемы на ряды стандартных ячеек. Будет интересно увидеть, что за это короткое время сможет осуществить небольшая команда студентов-программистов с базовым пониманием C++/Java/Python, методов парсирования текста, алгоритмов работы с графами и навыками визуализации структур данных с помощью GUI.

Итак — постановка задачи:
Читать полностью »

Наконец-то в России вышел учебник по SystemVerilog уровнем выше чем для начинающих. Учебник описывает технологии и приемы, которые спрашивают на интервью в NVidia, Intel, AMD, Apple и другие электронные компании: использование concurrent assertions и functional coverage, что сейчас требуют не только от инженеров по верификации, но и от дизайнеров микросхем; алгоритм работы симулятора с дельта-циклами; вменяемое объяснение static timing analysis; схемы коммуникации аппаратных блоков через аппаратные очереди; реализацию этих коммуникаций с помощью конечных автоматов с трактами данных и т.д.

В главе про последнее российского читателя может озадачить упоминание «политкорректной системы». Что бы это значило? Это вероятно намек на казус, который произошел в округе Лос-Анжелес в 2003 году. Чиновники Лос-Анджелеса попросили производителей, поставщиков и подрядчиков прекратить использование терминов «master/slave» («хозяин» и «раб») в отношении компьютерного оборудования, так как одному из работников округа эти термины напомнили про рабовладельческое прошлое.

Сейчас авторы технической литературы избегают терминов master/slave. В современной Америке работают и афро-американские инженеры (например София Мвокани из Камеруна — на фото слева), и использование старых терминов выглядит архаично, как выглядели бы например термины «пан/холоп» в украинской технической литературе вместо принятых «провідний/ведений» (рус. «ведущий/ведомый»).

Это не первый раз, когда в российском электронном образовании появляется тема борьбы афро-американцев за гражданские права. Например Татьяна Волкова, известный специалист по образованию в электронике, носит маечку с эмблемой «Черных Пантер», калифорнийского движения, которое в свое время сочло мирный протест недостаточным, и занялось вооруженным протестом.

Политкорректность проникает в Россию через книги про проектирование чипов на SystemVerilog для не-начинающих - 1

Полное изображение эмблемы под кожанкой Татьяны Александровны — под катом, но в основном я буду рассказывать про дельта-циклы и конечные автоматы:
Читать полностью »

В данной статье разбор простейшей реализации RAM на языке Verilog.

Перед тем, как перейти к разбору кода, рекомендуется изучить базовый синтаксис языка Verilog.

Здесь вы можете найти обучающие материалы.
Читать полностью »

В данной статье будут описаны установка и применение бесплатного ПО для моделирования схем цифровой логики на языке Verilog как альтернативы коммерческих продуктов Incisve от компании Cadense и ModelSim от компании MentorGraphics. Сравнение моделирования в ModelSim и Verilator. Так же будет рассмотрена универсальная методолгия верификации — UVM.

Установка ПО для SystemC UVM

1. Верилятор

Одним из языков описания аппаратуры является verilog. На этом языке можно написать модуль.

Например, есть схема счетика:

image

Его код будет выглядеть так:

reg [3:0]counter;
always @(posedge clk or posedge reset)
  if(reset)
    counter <= 4'd0;
  else
    counter <= counter + 1'd1;

После симуляции получим вейвформы:

image

Видно, что по фронту тактовой частоты в регистры счетчика будет записываться очередное значение, на единицу большее, чем предыдущее.

Написанный модуль может иметь и более сложную структуру, проверить все состояния которого вручную будет сложно. Нам понадобится автоматизированное тестирование. Для этого необходимо разработать тестовое окружение на одном из языков программирования. Тестовое окружение даст нам возможность провести полную функциональную проверку устройства.

Для тестирование кода проекта помимо таких языков как Verilog, SystemVerilog, Python (для написания моделей), можно использовать язык SystemC. SystemC — язык проектирования и верификации моделей системного уровня, реализованный в виде C++ библиотеки с открытым исходным кодом.

Один из способов верификации Verilog модулей с помощью SystemC является трансляция verilog файлов в С++. Поможет нам в этом Verilator.

Verilator — это самый быстрый бесплатный симулятор Verilog HDL, который превосходит большинство коммерческих симуляторов. Verilator компилирует синтезируемый SystemVerilog (обычно это не код тестового стенда), а также некоторые утверждения SystemVerilog и Synthesis в однопоточный или многопоточный код C ++ или SystemC. Verilator был разработан для больших проектов, где быстродействие симуляции имеет первостепенное значение, и особенно хорошо подходит для генерации исполняемых моделей процессоров для групп разработчиков встроенного программного обеспечения. Verilator используется для имитации многих очень больших многомиллионных конструкций шлюзов с тысячами модулей и поддерживается многими поставщиками IP-технологий, включая IP от Arm и всех известных поставщиков RISC-V IP.
Читать полностью »

Выставка в Лас-Вегасе — для разработчиков электроники, а не ее потребителей. A report from Design Automation Conference - 1

Я решил написать эту заметку на Хабре по-русски и по-английски, чтобы раздавать ссылку на нее как в англо- так и в русско-язычные форумы и группы. Русский текст не является переводом английского и наоборот — я просто написал заметку дважды (терпеть не могу переводить). Желающие покритиковать мой английский сразу направляются в конец поста, где они будут шокированы моим акцентом в длинном многочасовом видео. Я рассматриваю свой акцент не как bug, а как feature. Мы все знаем, что многие американки считают например носоглоточный британский акцент привлекательным. Настала пора придать такой же статус и суровому русскому акценту. Для этого нужно как можно большему количеству русских произносить речи на разнообразных международных мероприятиях. Наш пароль «лет ми спик фром май харт».

Но сначала о выставке.

Миллионы потребителей гаджетов всей планеты следят за выставкой Consumer Electronics Show (CES), которая проходит в Лас-Вегасе в январе. Они, никогда не знавшие, что такое D-триггер, важно рассуждают, чем четыре гигагерца лучше чем три в последних процессорах от AMD и Qualcomm-а. Но есть выставка, ориентированная не на потребителей, а на разработчиков электроники. Эта выставка называется Design Automation Conference (DAC), и она в некоторые годы тоже проходит в Лас-Вегасе, но не в декабре, а в июне.

Millions of gadget lovers every year watch the Consumer Electronics Show (CES) which takes place in Las Vegas in January. Those folks, who never learned the function of a D-flip-flop and how the static timing is calculated, discuss gigahertz frequencies after reading the latest articles in Wired magazine they perceive as a technical publication. However there is another conference, not for the consumers, but for the creators of electronics. This conference is called the Design Automation Conference (DAC) and it also takes place in Las Vegas, although not every year, and not in January, but in June.
Читать полностью »

DDS Синтезатор на Verilog - 1

В этом посте я поделюсь тем, как разбирался с написанием DDS синтезатора на Verilog. Он будет использован для генерации синусоидального колебания, частоту и начальную фазу которого можно регулировать и рассчитан для использования с 8-битным однополярным ЦАП. О том, как работает синтезатор хорошо написано в статье журнала Компоненты и Технологии. Для сокращения объема использованной памяти таблицы синуса использована симметрия.

Читать полностью »

В последнее время производители FPGA и сторонние компании активно развивают методы разработки для FPGA, отличающиеся от привычных подходов использованием высокоуровневых средств разработки.

Являясь FPGA-разработчиком, в качестве основного инструмента я использую язык описания аппаратуры (HDL) Verilog, но растущая популярность новых методов вызвала у меня большой интерес, поэтому в данной статье я решил сам разобрать что к чему.

Эта статья — не руководство или инструкция к пользованию, это мой обзор и выводы о том, что могут дать различные высокоуровневые средства разработки FPGA-разработчику или программисту, который хочет окунуться в мир FPGA. Для того, чтобы сравнить самые интересные на мой взгляд средства разработки, я написал несколько тестов и проанализировал полученные результаты. Под катом — что из этого вышло.
Читать полностью »

Недавно вышел бесплатный онлайн-курс в трех частях под названием «Как работают создатели умных наночипов» (1, 2, 3). Он предназначен для профориентации школьников и отличается максимальной конкретностью: вот так выглядит распределение работы в команде проектирования микросхемы, вот на таких концепциях проектирования на уровне регистровых передач построена разработка, и вот такие алгоритмы используются для определения, на сколько мегагерц будет работать проектируемый процессор для компьютера или автомобильной электроники.

Кроме теоретической профориентации, курс можно использовать для отбора школьников на практические летние школы по ПЛИС-ам и проектированию процессоров. Такая школа планируется в этом году в Зеленограде, ее прототип был опробован на Летней школе юных программистов в Новосибирске и на Неделе электроники для школьников в Киеве в позапрошлом году. Можно также попробовать сделать хакатон по аппаратно-реализуемым нейросетям и аппаратной реализации игр с выводом на VGA дисплей (об этом дальше в посте).

Что делают в офисе инженеры в Apple и Intel: профориентационный онлайн-курс современной микроэлектроники для школьников - 1
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 »


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js