Удивительный факт, но многие студенты, успешно прошедшие курс цифровой электроники, остаются в неведении о таком явлении, как метастабильность (либо считают его столь малозначимым, что примерно через 2 дня после экзамена напрочь забывают). Между тем, сбои в работе устройства, вызванные метастабильностью диагностируются крайне трудно. Если вы узнали себя в таком студенте, и если вы хоть как-то связаны с разработками на базе цифровых микросхем — крайне рекомендую к прочтению данный текст. Возможно, что потратив 10 минут сейчас вы сэкономите многие дни, проведенные за отладкой в будущем.

Пролог

В любой статье, посвященной FPGA, в комментариях рано или поздно появляется мысль, дескать «прикольная штука, собрал простой проект, помигал светодиодами, а что с этим сделать полезного — ума не приложу». Кто-то под FPGA создает игры, кто-то портирует стандартные процессоры старых времен, но все это позиционируется в первую очередь в качестве развлечения и освоения технологии. И действительно, технология FPGA в применении «для дома, для семьи» слишком дорога и явно избыточна. Сегодня я постараюсь рассказать о системе, в которой FPGA находит свое гармоничное применение исключительно в мирных и общественно-полезных целях (никаких механизмов для биржевых спекуляций, вуайеризма или убийства себе подобных). Впрочем, как можно будет заметить из дальнейшего рассказа, значительная часть повествования будет уделена предметной области и уровню системного проектирования.

Не знаю как в других городах, а в культурной столице нашей замечательной Родины есть ежегодное развлечение — где-то на переломе зимы и весны происходит запись детей в первый класс (порядка 50000 человек). Теоретически, все дети обязательно получат место в школе, однако никто не гарантирует, что школа будет именно та, которую хочется. Поскольку — согласно анекдоту — интеллигенции <много>, а местов мало, происходят некоторые коллизии.

Интерфейсная микросхема поддерживает работу с интерфейсом I2C (не путать с I2S!) в режиме MPSSE (Multi-Protocol Synchronous Serial Engine). Кроме I2C данный режим поддерживает целый перечень стандартных последовательных интерфейсов, таких как SPI, JTAG и т. п. Есть возможность реализации собственных интерфейсов в случае необходимости. Данное описание рассказывает о ряде нюансов поддержки интерфейса I2C, а так же дает повод поболтать на смежную тематику.

Дисклэймер: данная статья написана по рабочим материалам и в первую очередь предназначена для автора статьи, когда он потеряет оригинальный документ. В то же время, информация приведенная ниже может быть интересна и узкому кругу специалистов. Не рекомендуется для прочтения широкому кругу читателей кроме случаев, когда тот самый читатель хочет ненадолго погрузиться в мир отладки программно-аппаратных средств. Исследования проводились более года назад, однако указанная информация остается актуальной и в настоящий момент, поскольку библиотеки на сайте производителя не обновлялись. Информация об обнаруженных проблемах отправлялась производителю, однако никакой обратной связи не последовало. Написан пост по мотивам вот этого, за который автору выражается отдельная благодарность

На хабре периодически появляются статьи, посвященные разработке аппаратуры. Однако большинство из них исходят из теоретических позиций (что такое логические элементы, триггеры и т.д.) и на этом останавливаются, либо рассматривают вопрос в аспекте «сделай сам», т.е. что человек может создать самостоятельно в домашних условиях. Мне бы хотелось рассказать о том, как выглядит процедура проектирования аппаратных средств с точки зрения небольшой компании, зарабатывающей этим себе на хлеб с маслом.
Но сначала несколько слов о специфике данной области (по крайней мере в нашей стране). Приходится исходить из следующих реалий:

1. невозможно в наших условиях соревноваться с интелом или хотя бы TI в выпуске процессоров и прочих разных микросхем — цена вхождения очень высока, рынки сбыта поделены, и, по большому счету, нет необходимых знаний и опыта;
2. бессмысленно соревноваться с китайцами в производстве всевозможной массовой электроники — стоимость труда у них ниже, производственные мощности находятся у них же, рынки сбыта в руках крупных компаний;
3. можно окучивать отечественные рынки различной несложной электроникой — от сигнализаций до елочных гирлянд. Кто-то живет этим, но норма прибыли невысока, а мороки много;
4. можно участвовать в государственной программе поддержки бедных (РосПил). Отличная тема, но меня пригласить забыли.

Одна из немногих успешно работающих моделей — контрактные разработки для западных заказчиков. Идея проста: у нас заказывают наукоемкие исследования/разработки, результаты собирают вместе где-нибудь в Калифорнии (обычно по цепочке через нескольких посредников) и продают в конечном итоге какой-нибудь крупной корпорации-производителю электроники. Тому же Интелу, к примеру. Года через 2-3 все это возвращается к нам в составе сложных агрегатов (телефонов, мониторов и т.д.) в красивой коробке с клеймом “Made in USA” (что редко) либо “Made in China” (значительно чаще) по червонцу за пучок. Ситуация с одной стороны грустная — мы не владеем технологической цепочкой, а способны решать лишь отдельные задачи. Но есть и основания для оптимизма — таким образом российские разработчики входят в общемировую систему и получают ценный опыт. Компания, в которой я работаю, специализируется в основном на исследовательских разработках в области беспроводных коммуникаций. Исходя из этого я и буду вести дальнейший рассказ.

Как же выглядит процесс разработки?