FPGA *

Здравствуйте, друзья.

Возвращаемся к публикации последних событий из мира FPGA/ПЛИС. Ниже приведены несколько ссылок на новости, анонсы, вебинары, воркшопы, туториалы, видео и тд. Подобные новостные дайджесты есть, например, на хабе про php, почему бы и не сделать что-то подобное и для ПЛИС?

Подробности в конце статьи :)

Программируемая Логическая Интегральная Схема (ПЛИС) может реализовать произвольную логику, что угодно, от микропроцессора до генератора видеосигнала или майнера криптовалюты. ПЛИС состоит из множества логических блоков, каждый из которых обычно состоит из триггера и логической функции, а также из сети проводников, соединяющей логические блоки. Что делает ПЛИС особенной, это то, что она является программируемым аппаратным обеспечением, вы можете сконфигурировать каждый логический блок и соединения между ними. В результате вы можете построить сложную цифровую схему без физического соединения каждого логического элемента и триггера, что обошлось бы вам в стоимость разработки заказной интегральной схемы.


Фотография показывает один из 64 блоков микросхемы XC2064. Слои металлизации убраны, мы видим кремний и поликремниевые транзисторы, лежащие под металлизацией. По ссылке вы можете увидеть фото в большем масштабе: siliconpr0n.

Я уже рассказывал про молодоженов Владислава и Елену Шаршиных, который вместе с их коллегой Андреем Папушиным компания Intel привезла в Калифорнию за серебряную победу на конкурсе InnovateFPGA. Их интервью есть в недавно вышедшем лабнике «Цифровой синтез». Этот лабник мы собираемся использовать на семинаре для школьников и младших студентов, который пройдет 15-17 сентября на выставке ChipEXPO в Сколково. Если вы собираетесть повторить (или превысить) достижение Шаршиных и Папушина, или просто стать FPGA или ASIC designer-ом, не выезжая в Санта-Клару, то участие в семинаре, или даже просто просмотр начальных инструкций в этом посте — поможет вам начать.

Многие из зарегистрировавшихся на семинар уже получили FPGA платы (их раздачей занимается образовательное отделение РОСНАНО) за прохождение теоретического пререквизита. Теперь было бы очень желательно, если бы участники семинара заранее установили Intel FPGA Quartus (или, если кто-нибудь не любит Intel / Altera, то Xilinx Vivado), и запустил на нем хотя-бы примитивный тест. Даже не мигание LED, а вообще один логический элемент XOR. Если все это сделают заранее, то на семинаре мы будем обсуждать не тривиальные проблемы типа «у меня драйвер для USB Blaster не находится», а что-нибудь поинтереснее, например что спрашивают на интервью на позицию RTL Logic Designer-а в NVidia, AMD, Apple и другие компании.

В современном цифровом мире необходимость ЦАП/АЦП (цифро-аналоговых преобразователей/аналого-цифровых преобразователей) не подвергается сомнению: они используются для обработки сигналов разнообразных датчиков, в звуковой аппаратуре, ТВ-тюнерах, платах видеовхода, видеокамерах и т.д.

Однако использование или отладка ЦАП/АЦП могут быть затруднены поставленными производителем аппаратуры ограничениями, например, на используемое ПО или на способы управления устройством. Это наводит на мысль о проектировании собственной модели взаимодействия.

В этой статье мы рассмотрим возможность организации взаимодействия между ПК и ЦАП/АЦП при помощи ПЛИС.

Вы хотите узнать, как получить работу по проектированию электроники космического корабля? Мне надавно пришло предложение поинтервьироваться на позицию FPGA designer для Blue Origin (см. выше). Лично мне такая позиция не нужна (у меня уже есть позиция ASIC designer-а в другой компании), но я отметил, что технические требования к претендентам в Blue Origin точно совпадают с содержанием семинара для школьников и младших студентов, который пройдет 15-17 сентября на выставке ChipEXPO в Сколково, с поддержкой от РОСНАНО. Хотя разумеется на семинаре мы коснемся технологий Verilog и FPGA только на самом начальном уровне: базовые концепции и простые, но уже интересные, примеры. Чтобы устроится после этого в Blue Origin, вам все-же потребуется несколько лет учебы и работы.

Из-за короновируса семинар будет удаленный, поэтому принять участие смогут не только школьники и студенты Москвы, но и всей России, Украины, Казахстана, Калифорнии и других стран и регионов. Физически проводить лекции и удаленно помогать участникам будут преподаватели и инженеры МИЭТ, ВШЭ МИЭМ, МФТИ, Черниговского Политеха, Самарского университета, IVA Technologies и fpga-systems.ru.

Для участия сначала, еще до семинара, нужно пройти три части теоретического курса от РОСНАНО, под общим названием «Как работают создатели умных наночипов»: «От транзистора до микросхемы», «Логическая сторона цифровой схемотехники», «Физическая сторона цифровой схемотехники». Этот курс необходим, чтобы вы понимали, что вы делаете, по время практического семинара. По получению сертификата окончания теоретического онлайн-курса, вы можете зайти в офис РОСНАНО в Москве и получить бесплатную плату для практического семинара (если они останутся, преимущество имеют школьники). С этой платой вы можете работать дома, до, во время и после семинара в Сколково.

Как получить плату, подготовится к семинару и что на нем будет:

Введение

Всем доброго времени суток, друзья! Недавно на работе обзавелись новенькой навороченной платой iCE40 UltraPlus Mobile Development Platform от фирмы Lattice Semiconductor. Со слов разработчиков на официальном сайте iCE40 UltraPlus MDP — это плата, на которой расположены 4 ПЛИС iCE40 UltraPlus, каждая из которых управляет своим набором периферии. В набор входят:

• мобильный дисплей с разрешением 240x240 с интерфейсом MIPI DSI;
• датчик изображения с разрешение 640x480 (OVM7692);
• малопотребляющие микрофоны в количестве 4 штук;
• BLE модуль для беспроводной передачи данных;
• программируемая SPI Flash память;
• пак различных датчиков (давления, компас, гироскоп и акселерометр);
• ну и всякие кнопочки и лампочки.

Вся круть данного кита заключается в том, что на нем с помощью специальных программных пакетов можно разворачивать нейронные сети для работы с видео и звуком. И это не говоря уже о том, что ПЛИСы фирмы Lattice являются низкопотребляемыми, малогабаритными и достаточно дешевыми.

Здравствуйте. В данной статье я хочу по возможности максимально просто и понятно рассказать о том, как рассчитываются временные ограничения (timing constraints) на синхронные интерфейсы ПЛИС. Просто — не значит коротко, но зато простыми словами, которые вы сможете легко понять. Если вы новичок и перед вами стоит задача описать свой первый SPI, то данная статья должна вам помочь понять для чего нужны ограничения и как их рассчитать.

Здравствуйте. Эта статья написана для самых-самых новичков в мире ПЛИС, которые пока что совсем не знают что такое STA (static timing analysis). В ней я попытаюсь максимально просто и наглядно рассказать что такое временны́е ограничения (timing constraints), накладываемые на проекты под ПЛИС.

Статья создана на основе собственного опыта попыток объяснить самому себе, студентам-практикантам и любопытным коллегам эту тему так, чтобы не погружаться в заумные академические дебри, а максимально просто и прозрачно, бытовым языком. Я учился работать с ПЛИС без учебы и подготовки по этой теме и знаю по своему опыту насколько трудно что-то понять не имея теоретического базиса в этой теме и в схемотехнике. Для опытного плисовода описанное — элементарно. Но для какого-нибудь студента четвертого курса статья будет полезной и поможет разобраться во всех этих слэках, сетапах и холдах.

Эта статья является переводом поста Chris Hodapp Embedding Haskell: Compilers, and compiling compilers В своём посте автор рассматривает различные подходы к использованию Haskell для написания кода для встраиваемых систем. Предоставим слово автору.

В моем последнем посте упоминалось, что некоторые вещи требуют лучшего объяснения, потому что я всегда пытаюсь объяснить и уточнить.

Этот блог посвящен использованию Haskell со встраиваемыми системами. Что это хотя бы значит? Мы видим пару широких категорий (которые отражают слайды на последней странице, а также наша страница ссылок):

• Полная компиляция: компиляция кода на Haskell для встраиваемого назначения.
• Ограниченная компиляция: компиляция некоторого ограниченного подмножества кода на Haskell для встраиваемого назначения.
• Хостинг EDSL и компилятора: хостинг в Haskell, EDSL и компилятор для встраиваемого назначения.

Читая даташиты на ПЛИС, можно находить таблички об их рабочих частотах…

Хотя нет, история начинается еще с 2015 года, когда я познакомился с ПЛИС. В своих первых простеньких работах я формировал нужный мне клок из счетчика и запитывал от него всю логику(естественно при условии что клок мне нужен медленнее чем подавался на ПЛИС, например UART и SPI). Естественно за такое меня гоняли, но у меня была простая отмазка «но ведь работает же!», и действительно все работало. С тех пор у меня в голове закралась мысль «а откуда вообще можно взять тактирующий сигнал?».

Вариантов источников взять клок не много. Либо взять из некого ClockWizard основанный на PLL или MMCM, либо сформировать из счетчика, либо сразу с ножки так сказать single ended. А что, если взять тактовый сигнал сформированный примитивом ПЛИС?

Меня всегда интересовала цифровая схемотехника, а в частности языки описания аппаратуры — HDL. У меня давно лежала в списке будущего чтения книга Дэвида М. Хэррис и Сары Л. Хэррис «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера», воспользовавшись свободным временем на самоизоляции, я добрался до этой замечательной книги. В процессе чтения я столкнулся с некоторыми трудностями, а в частности, как именно писать и отлаживать код в Quartus Prime. В процессе поисков мне очень помог сайт marsohod.org, но вот процесс симуляции схемы на этом сайте описан с использованием встроенных средств Quartus и в современных версиях программы, этих встроенных средств нет и необходимо использовать ModelSim. Чтобы как-то систематизировать те знания, которые я получил, используя Quartus и ModelSim, я решил написать эту статью. В процессе этой статьи я в качестве примера разберу задачу из книги Дэвида М. Хэррис и Сары Л. Хэррис «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера», а конкретно задачу 3.26 про автомат газированной воды. На протяжении статьи я покажу, как установить Quartus, создать проект, написать код и произвести его симуляцию. Всем кому это будет интересно, добро пожаловать под кат.

В далеком 2011 году компания Xilinx представила свои первые микросхемы SoC (System On Chip) — Zynq-7000. SoC Zynq сочетает в себе программируемую логику, процессорный модуль и некоторую периферию. Статья не является максимально полным описанием SoC Zynq, а лишь отражает те или иные характеристики, с которыми пришлось столкнуться при разработке устройств на базе SoC Zynq.

Технологии шагают вперёд. И вот уже несколько лет как есть SoC’и MCU+FPGA. И на
КДПВ платка как раз с таким SoC’ом.



Это — Microsemi SmartFusion 2 Maker-Board. Кому интересно, что это за плата прошу под кат. Будет краткий обзор.

Недавно ко мне в руки попала китайская ПЛИС, а именно отладочная плата GW1N DK-START-GW1N4, на которой по факту стоит чип GW1N-LV9LQ144C6/I5 (Flash-based FPGA, 8640 LUT4, User flash:608Kb,B-SRAM:468Kb, S-SRAM:17280bit). GOWIN предоставляет много разных вариантов комплектации своих FPGA со встроенным Cortex M3, BluetothFPGA, System-in-Package(SoC + RAM), SecureFPGA…

GW1N-9 представитель базового варианта ПЛИС с наименьшим количеством наворотов и по этому привлекательна демократичной ценой в ~3.5$/1kQty.

Являясь крупнейшим русскоязычным агрегатором различных статей технического характера, Хабр как-то не добирает «массы» в области разработки цифровой электроники — ПЛИС/FPGA, ASIC, HDL в целом. Хотя пласт технологий в данном случае просто огромный, и я бы сказал, что требуемые знания здесь — это настоящая full-stack разработка: схемотехника, электроника, топология, цифровая логика, синтез и цифровая трассировка, прототипирование в ПЛИС, затем — схемотехника тестовых плат, а если это что-то сложнее простого регистрового управления аналоговым трактом, то еще и низкоуровневое программирование, да и без написания прикладных приложений для управления всем этим тоже по итогу не обходится.

Говорят, критикуя — предлагай, поэтому вниманию читателей предоставляется небольшой экскурс в один из рабочих проектов, а именно — оцифровка и декодирование данных в сфере пассивных RFID-HF устройств.

Трудно представить другую технологию, которая настолько разносторонняя как FPGA.
FPGA — Field-Programmable Gate Array, то есть программируемая логическая матрица (ПЛМ), программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС). Это технология, при которой создается микросхема с набором логических элементов, триггеров, иногда оперативной памяти и программируемых электрических связей между ними. При этом программирование FPGA оказывается похоже на разработку электрической схемы, а не программы. Пользуюсь данной технологией давно и попробую описать самые полезные с моей точки зрения применения по мере их усложнения.

1. Помощь при разводке плат

Многие наверняка сталкивались, что центральный процессор, память, другие многоногие микросхемы создавали люди, редко задумывающиеся о том, как они будут соединяться на печатной плате. Протянуть шину разрядностью 32 или 64 бита — задача не решаемая без многослойной платы. Но стоит поставить между микросхемами FPGA как разводка становится на несколько порядков проще:


И все это благодаря возможности внутренней перекоммутации сигналов внутри FPGA.

Я уже моделировал RS-триггер как полностью синхронную схему. Но в некоторых приложениях таких моделей не достаточно, требуется рассмотреть переходные процессы, которые могут возникнуть. TLA+ разработан для анализа параллельных асинхронных систем. Поупражнявшись в решении головоломок с его помощью, можно начать применять этот инструмент и для более серьезных задач.

Наверное этот вопрос «как работает» очень многим покажется глупым. Ответ почти очевиден: адресная светодиодная лента состоит из множества последовательно соединенных «умных светодиодов». Это можно увидеть просто рассматривая устройство ленты. Видны отдельные микросхемы, припаянные к гибкому шлейфу, видны соединения: микросхемы соединены последовательно всего тремя проводами, при этом два из них это питание и земля. Только один провод передает данные о цвете пикселей. Как же это? Что такое «умный светодиод»?

Дальше я расскажу о протоколе передачи данных, используемом в светодиодной ленте на базе WS2812B, и, более того, я почти создам свою «микросхему светодиодной ленты» в микросхеме ПЛИС.

Новый лабник «Цифровой синтез» продолжает традиции учебника Дэвида Харриса и Сары Харрис «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера», скачивания которого завалили британский сайт. Лабник позволяет потрогать руками всю теорию из Харрис & Харрис на плате FPGA, от мигания лампочек до процессора. В лабнике также разобрана концепция конвейерной обработки, без которой вы не пройдете интервью на работу проектировщиком ни в одну микроэлектронную компанию. В конце показан путь от FPGA до ASIC, массовых микросхем, которые стоят в айфонах, теслах и ИИ-акселераторах.

В книжке есть интервью команды из Питера, которую Intel привез в свою штаб-квартиру в Silicon Valley за их победу на конкурсе Innovate FPGA. Книжку «Цифровой синтез: практический курс» поддержала ведущая компания в автоматизации пректирования микросхем Cadence Design Systems (на фото выше сибирячка Наташа стоит с FPGA платой перед штаб-квартирой Cadence в Silicon Valley — в посте будет ее видео).

Лабник делался под эгидой Высшей Школы Экономики / МИЭМ (Александр Романов, Вероника Прохорова и Игорь Агамирзян), при этом разные главы в нем писали преподаватели Московского, Киевского и Самарского университетов, Питерского ИТМО, Черниговского политеха и Университета Калифорнии Санта-Круз (Чарльз Данчек, вечернее отделение в Silicon Valley). В создании учебника приняли участие инженеры российских компании IVA Technologies (Станислав Жельнио, аппаратный ускоритель ИИ + образовательный проект schoolMIPS) и ФГУП НПЦАП
(отделение Роскосмоса), американских компаний MIPS, Juniper Networks и AMD. Издало учебник ДМК-Пресс.

Привет, Habr! Однажды на работе мне досталась задача оценить возможность реализации хранения данных на SD-карте при подключении ее к FPGA. В качестве интерфейса взаимодействия предполагалось использование SPI, так как он проще в реализации. Полученным опытом хотелось бы поделиться.