Рубрика «vhdl»

Введение

Как-то раз мне потребовалось по работе реализовать небольшой блок ассоциативной памяти. Почитав, как это делается у Xilinx на BlockRAM (BRAM) или на SRL16, я несколько опечалился, так как их реализации занимали довольно много места. Решил попробовать сделать его самостоятельно. Первым вариантом стала реализация в лоб. Забегая вперед, она практически сходу мне и подошла, благо, целевая частота для дизайна была всего 125 МГц.

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 »

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 »

Привет! Хочу внести свою посильную лепту в продвижение ПЛИС. В этой статье я постараюсь объяснить, как на языке VHDL описать устройство, управляющее семисегментным дисплеем. Но перед тем как начать, хочу кратко рассказать о том как я пришел к ПЛИС и почему я выбрал язык VHDL.

Где-то пол года назад решил попробывать свои силы в программировании ПЛИС. До этого со схемотехникой никогда не сталкивался. Был небольшой опыт использования микроконтроллеров (Atmega328p, STM32). Сразу после решения освоиться с ПЛИС, встал вопрос выбора языка, который я буду использовать. Выбор пал на VHDL из-за его строгой типизации. Мне, как новичку, хотелось как можно больше возможных проблем отловить на этапе синтеза, а не на рабочем устройстве.

Почему именно семисегментный дисплей? Мигать светодиодом уже надоело, да и логика мигания им не представляет из себя ничего интересного. Логика управления дисплеем с одной стороны сложнее, чем мигание светодиодом (т. е. писать ее интереснее), а с другой достаточно простая в реализации.
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 »

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 »

Приветствую! Меня зовут Даниил Смирнов, я учусь в аспирантуре Университета ИТМО, где в лаборатории программирования и моделирования наш коллектив занимается программируемой электроникой для проектов, связанных с волоконно-оптическими датчиками. В качестве аппаратной базы для датчиков используются FPGA – Field Programmable Gate Array. Пару лет назад мы узнали о том, что производители FPGA проводят конкурсы среди студентов по разработке. С тех пор каждый год от нас формируется команда для участия в этом мероприятии, а поскольку в этом году оно получилось особенным, мы решили поделиться как все было изнутри.

imageЧитать 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 »

Ещё раз о задержках в исходном коде проекта FPGA или простой вопрос для собеседования на вакансию разработчика FPGA - 1

Некоторое время назад при обсуждении в компании профессиональных разработчиков FPGA возникла дискуссия о прохождении собеседования. Какие вопросы там задают, и что можно было бы задать. Я предложил два вопроса:

  1. Приведите пример синхронного кода без использования задержек, который даст разные результаты при моделировании и при работе в реальной аппаратуре
  2. Исправьте этот код при помощи задержек.

После этого вопроса завязалась оживлённая дискуссия, в результате которой я решил более подробно рассмотреть этот вопрос.
Читать полностью »

Уже не первый год Wilson Research Group проводит исследование по тенденциям в сфере FPGA и ASIC. По данным исследованиям можно определить основные векторы развития и изменения, которые происходят в мире программируемой логики.

image
Читать полностью »