FPGA *

ПЛИС-культ привет, хабрунити!

Задумывались ли вы когда-нибудь над тем, что может быть общего у банковской карточки, IMEI телефона и вагона РЖД? В этой статье вы найдете ответ на этот вопрос и увидите его реализацию для ПЛИС.

Схема на картинке содержит в себе повторяющиеся части. Если их количество постоянно меняется в ходе разработки, то было бы неплохо, если бы всё это собиралось автоматически, правда? Как это реализовать, читайте в данной статье.

Любая комбинация софтвера и цифрового хардвера - от микроконтроллера, двигающего дворники у автомобиля - до серверной фермы с много-много-ядерными процессорами, аппаратными ускорителями ML и ChatGPT - сводятся к конечному автомату с достаточно большим состоянием. Независимо от сложности и адаптивности программ.

Сводится ли к конечному автомату человеческий интеллект? К сожалению, у человеческого интеллекта есть атрибут, природа которого современной науке неизвестна и который никогда не наблюдался у конечных автоматов, например у арифмометра. Этот атрибут - ощущение собственного "я", self-awareness. Конечно вы можете сделать в программе переменную "я_чувствую_собственное_я" и присвоить ей true, а потом утверждать, что вы симулируете собственное "я", но это жульничество, а не технология.

Я вовсе не пытаюсь нагонять мистику или агитировать за бога. Self-awareness наверняка такой же физический феномен, как какая-нибудь термоядерная реакция. Но скажем древние греки не знали природы термоядерной реакции. Наверное, они вели диалоги типа "если ты не веришь, что Солнце - просто большой костер из дров, то значит ты веришь в сказки про Зевса и других богов?"

В статье про VGA интерфейс я написал, что использовал внешнюю память SDRAM  в качестве фрем буфера. Хочу поделиться его реализацией, хотя бы потому что, когда я занимался разработкой этого модуля потратил много времени, ведь стандартные IP-ядра не поддерживают эту микросхему. И, как результат, хочу кому-нибудь помочь в этом вопросе.

Хочу поделиться собственным опытом вывода изображения на монитор через VGA интерфейс. Я понимаю, что подобная задача решалась много раз, разными людьми, на разном оборудовании. Поэтому призываю всех причастных к этой теме отписаться в комментариях о своих вариантах реализации и особенностях разработки.

Введение

На плате Alchitry Cu выделена FPGA Lattice iCE40 HX	На плате Alchitry Au выделена FPGA Xilinx Artix 7

Небольшой рассказ о том, как я делал арифметические ядра и сделал лучший селектор (декодер адресов).

В викенд я зашел в кафе Red Rock и встретил там программистку встроенных систем Машу Горбунову. Вообще, у этого кафе в Маунин-Вью, Калифорния можно встретить кого угодно - например однажды на меня прямо из-за угла вылетел основатель Гугла Сергей Брин. Так вот Маша рассказала мне что программирует RTOS (семафоры, мейлбоксы, сигналы), чему выучилась в свое время в питерском институте ГУАП (аэрокосмического приборостроения).

Я решил, что такая девушка не должна оставаться в другой отрасли и показал ей плату ПЛИС, внутри которого можно засинтезировать пару ядер ARM микроконтроллерного класса. На что Маша среагировала так (видео):

ПЛИС-культ привет, FPGA хабрунити.

Шестой день рождения FPGA комьюнити мы по традиции отметили проведением слёта инженеров разработчиков, не по наслышке знающих, что такое VHDL и Verilog.

Согласно статье Ивана Покровского «Возможности и проблемы отечественной микроэлектроники», в России всего две тысячи разработчиков микросхем. Для сравнения: в каждой крупной международной электронной компании есть несколько команд, работающих над чипом или над IP, в каждой по паре сотен разработчиков (хотя бывает и меньше ста, и больше тысячи).

Две тысячи человек — это мало для любого сценария развитии России:

1. Как для сценария, в котором санкции будут сняты и российские компании будут безпроблемно работать с TSMC и западными партнерами для разработки маркетируемых на мировом рынке чипов.

2. Так и для сценария, в котором российские разработчики будут строить экосистему проектирования в условиях изоляции, ориентироваться на производство микроконтроллеров и встроенных микросхем на зеленоградском Микроне, а также на сотрудничество в разработке semiconductor IP с китайскими производителями.

В других стран бывшего СССР ситуация еще хуже.

Что же делать? Для ответа на этот вопрос мы привлекли Машу Горчичко — выпускницу МИФИ, которая защитила диссертацию в Университете Вандербильда в Теннесси. Маша работала инженером в Роскосмосе, а сейчас работает в Кремниевой Долине, разработчиком в компании Applied Materials — одного из лидеров в оборудовании для производства микросхем.

Представим Машу, которая будет пояснять и иллюстрировать наши тезисы на видео. От себя прибавлю, что МИФИ — крутой вуз, в нем внутри есть ядерный реактор, а на входе стоит автоматчик:

Длинный извилистый путь Школы Синтеза Цифровых Схем приближается к годовой кульминации. 21-23 пройдет хакатон по процессорам в зеленоградском МИЭТ, после чего 150 слушателей из дюжины российских городов оправятся готовится к майским праздникам, приближающимся сессиям и лету.

Но для тех, кто воспринимает школу не просто как научпоп, а реально собирается стать проектировщиком микросхем, мы приготовили экзамен с задачками в духе задачек на собеседованиях в Silicon Valley. В некоторых крупных электронных компаниях для решения таких задачек соискателя заводят в комнату без интернета, и он делает это под глазами экзаменатора на компанейском компьютере. Но так ученики школы не волшебники, а только учатся, экзамен выкладывается открытым, но по его результатам школа будет давать рекомендации в электронные компании.

Для экзамена мы выбрали три темы в четырех упражнениях:

Статья про то, как из недорогой отладочной платы OMDAZZ c ПЛИС  CycloneIV EP4CE6 получить ретро-компьютер с монитором, клавиатурой и тетрисом, но с современным процессором на базе RSIC-V и компилятором GCC.

Сейчас я интервьирую кандидатов которые приходят на позиции в RTL design / проектировщики микросхем на уровне регистровых передач. Но 5 лет назад я интервьировал студентов и других инженеров на позиции в DV / Design Verification / верификаторы блоков микросхем.

Моим стандартным вопросом было написать маркером на доске псевдокод для упрощенного драйвера модели шины (Bus Functional Model - BFM) для протокола AXI. На этом вопросе у ~80% кандидатов наступала агония - они как ужи на сковородке пытались натянуть сову на глобус - приспособить решение для последовательной шины а-ля APB, которое они прочитали в каком-нибудь тьюториале - к шине AXI, которая во-первых конвейерная, а во-вторых, допускает внеочередные ответы на запросы чтения с разными идентификаторами.

Аналогия из другой области: представьте, что кто-то пытается обходить дерево или решить "ханойские башни" - не зная концепций рекурсии и стека. Или написать GUI интерфейс, не зная концепции cобытийно-ориентированной архитектуры.

После написания последнего обзора на новую отладку Я не смог удержаться от того, чтобы не сделать простую проверку работоспособности платы, т.к. очень не хотелось бы напороться на какие-либо проблемы во время решения сложной задачи. Поэтому решил сделать простую мигалку светодиодами и задействовать, плюсом к этому, кнопки на плате. Немного поразмыслив, Я решил, что обычный “ногодрыг” на Verilog - это уже не так интересно и мне показалось, что лучше сделать это с помощью AXI GPIO и своего IP-ядра, инициировав экшн из baremetal-приложения. В общем, кому интересно, заглядывайте в статью, там Я описал, как добавить свое кастомное AXI Peripheral IP-ядро, как правильно организовать проект и обратиться к GPIO для чтения и записи логического уровня. Поехали…

Все знают про язык программирования C, поменьше — про язык программирования F, кое‑кто про B, предшественник C, а вот знаете ли вы про язык «e»? Их кстати два — один с большой буквы «E», а другой с маленькой «e».

Вы наверное подумали, что это еще один безызвестный язык от какого‑нибудь аспиранта провинциального европейского университета. Однако интерпретатор маленького «e» под названием Specman продали в 2005 году большой компании Cadence Design Systems за $315 милионов долларов. Причем президента продающей компании Verisity звали Гаврилов. Также можно нагуглить, что этот язык использовали внутри компании Intel. Что же в нем такого, что вызвало интерес у толстых богатых корпораций?