Boris_92 16 апр 2016 в 18:10

Создание простой игры на базе FPGA

7 мин

27K

FPGA*

+15

Комментарии 39

НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь

Shamrel 17 апр 2016 в 06:30

А вас не удивляет, что в комбинационной логике присвоение происходит переменной, объявленной как регистр?
Компилятор не по этим признакам определит что ему использовать: триггер или LUT. Для него важнее список чувствительности always.

НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь

Shamrel 17 апр 2016 в 10:13

Даже если поставить <= синтезатор будет использовать LUT, если список чувствительности включает все сигналы, например так: always @*. Если вы собираетесь делать именно комбинационное устройство, то все входные сигналы должны быть в списке чувствительности, а все мультиплексоры (операторы if, case, ?:) должны иметь явную ветвь default.
Если сигнал в списке чувствительности указан явно и не используется в качестве информационного в потоке, то он будет воспринят как clk или асинхронный сброс/установка. В этом случаи будет использован триггер.
Когда пишешь код для синтеза нужно знать не только особенность стандарта Verilog, но и архитектуру аппаратной платформы, как минимум, устройство логического элемента — что допустимо для Стратикса, пойдет на Циклоне со скрипом.

НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь

CodeRush 17 апр 2016 в 11:35

Я тут мимо проходил, и на верилоге почти не пишу, поэтому не могу сказать, где код ужасен, а где нет, но хотел бы научиться отличаться ужасный код от нормального и толковые комментарии от профессионалов могли бы в этом помочь. Вместо них у вас тут «и так понятно».
Посмотрите для примера на комментарии тов. khim, он тоже не терпит говнокода, но при этом не ленится пояснять почему конкретный код — говно и что с этим можно сделать. В итоге в выигрыше все, и автор, и комментатор, и читатели.
TL;DR: Критикуешь — предлагай.

GREGOR_812 17 апр 2016 в 13:57

Как говорится, я, конечно, не гинеколог, но посмотреть могу… Я не профессионал, но могу пару общих правил привести, по возможности, с примером ошибки из кода:

1. Необходимо чётко знать, какой тип схемы должен получиться из куска кода: синхронная, защёлка или комбинационная. Для каждого типа есть свои правила написания кода, их я ниже изложу
2. В синхронной схеме нужно использовать только неблокирующие присваивания, т.е. <=
В приведённом коде этот кусок с ошибкой
…
always @(negedge clock)
begin
if(PS2_CLK_in == 1)
count_clk = count_clk + 1;
else
…
3. В комбинационной только блокирующие =
В приведённом коде этот кусок с ошибкой
…
always @*
begin
visible <= hvisible & vvisible;
end
…
4. Все возможные ветви комбинационного кода должны быть описаны, иначе получится защёлка. Например, если у вас кейс по 4х-битной переменной, нужно либо описать все 16 ветвей либо добавить ветку default для всех неописанных.

Если получилась где-то защёлка, где вы не собирались её создавать (вы это увидите в варнингах), то скорее всего, код косячный.

Ещё по коду увидел такую вещь: синхронизация дисплея берётся с выхода комбинационной схемы
…
wire w_hsync = (pixel_count < h_sync);
…

Выход комбинационной схемы может давать иголки из-за неодновременного переключения составляющих логических элементов, поэтому их всегда надо пропускать через синхронизатор, прежде чем заводить куда-то дальше в синхронных схемах

CodeRush 17 апр 2016 в 14:06

Большое спасибо. Плюсанул бы вам в карму с удовольствием, но у вас статей нет. Напишите что-нибудь о верилоге и FPGA, если найдете время.

GREGOR_812 17 апр 2016 в 16:04

Не за что) Я думаю насчёт статьи, но у меня нет пока достойного проекта)

Shamrel 17 апр 2016 в 15:40

При всем уважении, почему в комбинационном только блокирующие?
В моей практике часто бывает, когда комбинационную схему приходится делать регистровой, например, если по времянке не проходит, то добавляю еще одно звено конвейера. В этом случае просто редактируется список чувствительности always, но если там везде блокирующие присваивания, то придется менять и их. А потом удалось оптимизировать где-то еще, и захотелось вернуться к комбинационной схеме… Вероятность допустить ошибку повышается.
Лично я стараюсь использую везде неблокирующие присваивания, и только там, где это действительно нужно использую блокирующие, причем это бывает и в синхронных схемах. Другим так делать не рекомендую, потому как не уверен в своей правоте.

GREGOR_812 17 апр 2016 в 16:08

Я сразу указал, что я не профессионал, поэтому не могу ответить на это) читал в книгах и слышал от разбирающихся людей, что в комб. логике не следует использовать неблокирующие присваивания.
Я пишу на SystemVerilog, там можно явно указать, какая логика требуется: флип-флопы, защёлки или комбинационная ( always_ff, always_latch, always_comb) соответственно. У 2 и 3 списка чувствительности нет в принципе.

НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь

GREGOR_812 17 апр 2016 в 17:03

Я думал это написать, но не смог внятно сформулировать) Насколько я понял, при использовании блокирующих присваиваний важен порядок строк в коде, и тогда если написать
b = c;
a = b;
то для компилятора переменная b уже будет как бы «определена», а её значение равно c. И он подставит c вместо b во всех строках, идущих после.

rooi-oog 18 апр 2016 в 10:22

Пару замечаний.

>1. Необходимо чётко знать, какой тип схемы должен получиться из куска кода: синхронная, защёлка или комбинационная.
Согласен, кроме того, что защелок следует избегать.

>2. В синхронной схеме нужно использовать только неблокирующие присваивания, т.е.

GREGOR_812 18 апр 2016 в 12:36

Продублируйте, пожалуйста, текст не до конца сохранился

Alex_ME 17 апр 2016 в 09:10

Я не автор, но спрошу — какие в этом проблемы? Я в HDL языках нуб полнейший, не понял, чему вы так ужасаетесь.

GREGOR_812 17 апр 2016 в 15:21

Не за что) Я думаю насчёт статьи, но у меня нет пока достойного проекта)

GREGOR_812 17 апр 2016 в 16:04

сорри, не в ту ветку попал, с мобильным приложением какие-то проблемы

gena_glot 16 апр 2016 в 19:36

отличное упражнение написать игру пинг понг на любом языке программирования. В один тред. С AI на генеративных функциях (иногда ошибается) и с Command pattern'ом.

Хорошая задача, нормальный студент должен суметь кое-как написать.

Вот тут ныли-ныли, что они не хотят быть «мясом» и писать на го. А вот идите ка на своей скале напишите хоть пинг-понг. И покажите и поговорим тогда.

Shamrel 17 апр 2016 в 05:57

За тематику плюсую. Но к оформлению проекта и кода есть много вопросов. Какая религия не позволила сделать проект полностью на HDL, зачем Top Level в Schematic? Зачем в тексте кода так много Magic number? Но не оставляет ощущение, что вы до сих пор пишете на Си: много begin-end, сложные логические конструкции. Множество приоритетных мультиплексоров на if с неявными else. Вам компилятор про Latch предупреждение не выдавал?

P.S.: Недостаток запятых в тексте делает чтение не комфортным.

Boris_92 17 апр 2016 в 06:36

Я начинающий, по роду своей деятельности пишу на Си под МК. В FPGA попробовал себя недавно и изучаю эту область сам, ну и решил разродиться статьей.

GREGOR_812 17 апр 2016 в 08:56

Привет! Отличная статья, хорошая мотивация для новичков, в т.ч. и меня.
Попробуйте в тестбенчах для генерации клока такую конструкцию:

initial begin
#0 clock_r = 1;
//…
end

always begin
#x clock_r

Boris_92 17 апр 2016 в 08:59

Не уловил смысл, того что предлагаете сделать.

GREGOR_812 17 апр 2016 в 13:05

Почему-то текст комментария не до конца разместился

initial begin
#0 clock_r = 1;
//…
end

always begin
#x clock_r = ~clock_r;
end

х — это половина периода синхронизации

Это нужно чтобы клок сам бегал, без вашего постоянного контроля и портянки кода для этого)

RichardDoe 17 апр 2016 в 08:56

Красивая девушка.

vagran 17 апр 2016 в 10:43

Фронтальной проекции не хватает.

ishevchuk 17 апр 2016 в 10:45

Не требовалось ли в рамках этого конкурса использовать процессор MIPSfpga для решения задачи?

PS: в мир FPGA вошел недавно, очень извиняюсь перед более опытными людьми которым мой код выжег глаза. Прошу понять, простить, помочь советом.

Коли спрашиваете, даю советы:

Прочитать «Совершенный код» Макконнелла.
Найти в интернете или взять какой-то готовый coding-style по Verilog'у. На правах рекламы показываю тот, которым руководствуюсь я. (Версия не самая полная, я еще кое-чего там буду дописывать).
Не путать блокирующие и неблокирующие присваивания.
Разобраться, какие файлы надо класть в систему контроля версий, а какие нет. Невооруженным взглядом видно, что много мусорных файлов (например, директория db) лежит в проекте.
Для описания констрейнов (например, значений частот у клоков в системе) не использовался sdc-файл. По отчету project_1.sta.rpt видно, что клоки clk:inst4|clock_out[17] и PS2_CLK взяты с частотой 1 ГГц, что на самом деле, конечно не так.

YuriPanchul, вы как-то модерируете (ревьюите) проекты (и исходные коды), которые потом попадают к вам на гитхаб?

Shamrel 17 апр 2016 в 15:54

Спасибо за coding-style. А на какой-либо площадке предполагается обсуждение и вопросы? Может статью на Хабр заделаете?
Мне кое-что не ясно, есть спорные моменты. Например, чем не угодил вам TAB? Много где встречаю, что вместо него пробелами ровняют, но почему? Переносимость между редакторами?

ishevchuk 18 апр 2016 в 07:00

Кодинг стайл состоит из двух вещей: субъективной (расстановка скобок, пробелов, выравнивание, конвенция о наименовании переменных) и объективной (к примеру, корректное использование присваиваний).

ИМХО, большая часть кодинг стайла — субъективная, и обсуждать её я не вижу особого смысла.
Два примера с if:

1. if( a > b )
2. if (a > b)

Кому-то больше нравится первый вариант, вариант кому-то второй. Это абсолютно нормально: и я не вижу смысла тратить время на холивары.

Пробелы гарантируют одинаковое отображение исходного кода везде (при использовании monospace шрифта, разумеется), а табы — в зависимости от настроек, но это не значит, что табы должны быть запрещены: в linux kernel их используют, и я не имею права за это в них кинуть камень. У них есть свой CodingStyle, где это явно прописано.

Тот кодинг стайл, что я скинул, это компиляция опыта (~5-7 лет коммерческой разработки) и предпочтений небольшой команды FPGA-разработчиков. Этот стиль позволял быстро (за предсказуемое время), качественно разрабатывать новые модули (сам себя не похвалишь — никто не похвалит) и осуществлять дальнейшую поддержку и багфикс кода. Версия не самая полная, потому что оригинал находится в формате wiki/html, и я постепенно переношу это в markdown, причёсывая его структуру.

Я всегда рад услышать вопросы, замечания, предложения, но скатываться в холивар я не буду. Это является оффтопом к теме с созданием игры, поэтому можно писать мне в личку.

YuriPanchul 17 апр 2016 в 19:17

ishevchuk в данном случае я не модерировал, рассматривая это как упражнение для Бориса, которого все равно раскритикуют. Когда он собрался публиковать, я ему сказал про проблемы с стилем (см. описание ниже) и предложил либо их исправить, либо опубликовать как есть, с идеей, что на Хабре его все равно раскритикуют.

Раз уж тут пошла критика, прибавляю своей:

Борис, я рекомендую перед публикацией привести стиль вашего кода к некоторым принятым в индустрии традициям, которые были сформулированы в районе 2000-го года (т.е. вы можете найти много старого верилога, который этому не следует, но лучше чтобы следовало). В принципе, можно публиковать и так, но вас тогда раскритикуют на Хабре (это может быть полезно, так как там много людей, и они сделают критику быстрее чем я, потому что я связан другими делами).

Но как минимум стоит избавиться от блокирующих присваиваний внутри последовательностных always-блоков. С ними можно нарваться на гонки, race-condition, когда результат симуляции может не совпасть с результатом работы платы после синтеза. Например см. мой коммент в обсуждении на https://habrahabr.ru/post/278005/

Простейший пример race condition:

module dut
(
    input              clk,
    input        [7:0] d,
    output logic [7:0] q
);
    logic [7:0] r;
 
    always @(posedge clk)  // ПЛОХО! Результат симуляции зависит от того, какой блок симулируется раньше в event queue – первый или второй
        r = d;
 
    always @(posedge clk)
        q = r;
 
endmodule

А вот если делать так, то все будет однозначно:

module dut
(
    input              clk,
    input        [7:0] d,
    output logic [7:0] q
);
    logic [7:0] r;
 
    always @(posedge clk) 
        r <= d;
 
    always @(posedge clk)
        q <= r;
 
endmodule

Также использование генерируемого сигнала в качестве clock-а – это не очень хорошо:

always @ (posedge pixel_clock)
begin
    hsync <= (pixel_count < h_sync);
 
….
always @ (posedge hsync)
…

Если вам нужно такое сгенерить, то лучше делать чего-нибудь типа (хоть это и выглядит громоздко):

wire  hsync <= (pixel_count < h_sync);
reg prev_hsync;
 
always @ (posedge clk)
    prev_hsync <= hsync;
…
wire pos_hsync = hsync & ~ prev_hsync;
 
….
always @ (posedge clk)
    if(reset)
      …
    else if (pos_hsync)

Кроме этого, код типа

                if(goal == 0)
                begin
                                HEX_1 = 7'b1000000;
                end
               
                if(goal == 1)
                begin
                                HEX_1 = 7'b1111001;
                end
                               
                if(goal == 2)
                begin
                                HEX_1 = 7'b0100100;
                end

лучше заменить на

case (goal)
0: HEX_1 = 7'b1000000;
1: HEX_1 = 7'b1111001;
2: HEX_1 = 7'b0100100;
. . . .
default:  HEX_1 = 7’b1111111;
endcase

Наконец, есть более компактные способы записи кода в testbench:

Вместо:

    #50 PS2_CLK_r = 0; //start
    #50 PS2_CLK_r = 0; //0
    #50 PS2_CLK_r = 1; //1
    #50 PS2_CLK_r = 1; //2
    #50 PS2_CLK_r = 0; //3
    #50 PS2_CLK_r = 1; //4
    #50 PS2_CLK_r = 0; //5
    #50 PS2_CLK_r = 1; //6
    #50 PS2_CLK_r = 1; //7
    #50 PS2_CLK_r = 1; //parity bit
    #50 PS2_CLK_r = 0; //stop
    #50 PS2_CLK_r = 1; //s
    #50 PS2_CLK_r = 1; //s

Можно написать что-нибудь типа:

reg [511:0] test_bits;
integer i;
 
initial
begin
   …
 
   test_bits = 512’b01010111000110010101;
 
   for (i = 0; i < 512; i = i + 1)
       #50 PS2_CLK_r = test_bits [i];

Но опять же: вы можете выложить as-is и посмотреть, как народ на Хабре будет реагировать (так как вы начинающий, то вашу репутацию это не испортит).

Кроме этого я рекомендую выложить ваш код на GitHub (например поместить проект в https://github.com/MIPSfpga/pre-mipsfpga ) чтобы ссылаться на ваш код из поста.

Это мои первые мысли – завтра я посмотрю ваш код более внимательно.

Спасибо,
Юрий Панчул

ishevchuk 18 апр 2016 в 07:10

Спасибо за подробный ответ.

Жаль, что изначальная предпосылка такая:

рассматривая это как упражнение для Бориса, которого все равно раскритикуют. Когда он собрался публиковать, я ему сказал про проблемы с стилем (см. описание ниже) и предложил либо их исправить, либо опубликовать как есть, с идеей, что на Хабре его все равно раскритикуют.

nerudo 17 апр 2016 в 15:27

Коллеги, будьте объективны. Человек написал первый в жизни простенький проектик. Несмотря на объективные проблемы с кодом, довел его до работоспособного состояния (по крайней мере в данных конкретных условиях, хе-хе). Зачем же сразу зло клевать, ласковее надо… Другое дело, для чего его выкладывать сразу на общее обозрение… Я вот прошлую неделю впервые на жабаскрипте писал, но показывать код, пока, пожалуй никому не буду. ~~Пусть лучше потом следственный комитет разбирается, отчего ракета упала.~~

PS Блокирующие и не блокирующие назначение при синтезе дают одит и тот же [правильный] результат в массе своей, так что проблемы только в моделировании можно заметить.

GREGOR_812 17 апр 2016 в 16:03

[quote]PS Блокирующие и не блокирующие назначение при синтезе дают один и тот же [правильный] результат в массе своей, так что проблемы только в моделировании можно заметить.[/quote]

Не совсем так.
Если под рукой есть синтезатор, тот же квартус, попробуйте написать такой код ( SystemVerilog ):

module top (
input logic rst_i,
input logic clk_i,
input logic data_i,
output logic data_o
);

logic data_between;

always_ff @( posedge clk_i or posedge rst_i ) begin
if ( rst_i ) begin
data_o <= 0;
data_between <= 0;
end else begin
data_between <= data_i;
data_o <= data_between;
end
end

endmodule

Просинтезируйте и посмотрите RTL модель, затем поменяйте неблокирующие присваивания на блокирующие, просинтезируйте и посмотрите, что будет. А будет следующее: цепочка из 2х триггеров будет «оптимизирована» и один из триггеров будет выкинут просто-напросто

nerudo 17 апр 2016 в 16:35

Ну да, в этом-то случае естественно, когда есть прямая последовательность назначений в одном процессе.

GREGOR_812 17 апр 2016 в 16:51

Тогда есть смысла _всегда_ использовать неблокирующие присваивания, чтобы не задумываться, в каком порядке писать строчки кода

nerudo 17 апр 2016 в 17:13

Конечно. Я лишь говорил о том, что в синтезе используются заметные упрощения, не позволяющие порой обнаружить формальные ошибки ;)

GREGOR_812 17 апр 2016 в 16:10

Причём если поменять местами 2 строчки и написать так:

data_o <= data_between;
data_between <= data_i;

То никакой оптимизации не произойдёт)) У меня нещадно бомбило однажды от такого поведения кода

valeriyk 18 апр 2016 в 19:45

Бесплатный совет всем, у кого не хватило денег на Spyglass. Используйте Verilator в Lint-режиме.

Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий

Создание простой игры на базе FPGA

Комментарии 39

Публикации

Истории