FPGA *

Все началось с того, что я решил поближе познакомиться с биткоинами. Хотелось понять, как их добывают. Статьи про биткоины и блокчейны последнее время встречаются часто, но таких, чтобы со всеми техническими подробностями, таких не очень много.

Самый простой способ разобраться во всех деталях — изучить открытые исходники. Я взялся изучать Verilog исходники FPGA-майнера. Это не единственный такой проект, есть еще несколько примеров на github, и все они, хоть и разных авторов, похоже работают приблизительно по одной схеме. Вполне возможно, что автор то у них всех изначально был один, просто разные разработчики адаптируют один и тот же код под разные чипы и разные платы… По крайней мере мне так показалось…

Вот и я, поизучав исходники Verilog, адаптировал проект с github к плате Марсоход3 на основе ПЛИС Altera MAX10, 50 тыс. логических элементов. Я смог запустить свой майнер и даже смог запустить процесс вычисления биткоинов, но бросил это дело через пол часа из-за бесперспективности. Слишком медленно по нынешним временам работает мой FPGA майнер. Ну и пусть.

Честно говоря, меня во всем этом проекте заинтересовали не сами биткоины (ну их, эти денежные суррогаты), но скорее математическая сторона алгоритма SHA256. Вот об этом я и хотел бы поговорить. Я провел несколько экспериментов с алгоритмом SHA256, может быть результаты этих экспериментов покажутся вам интересными.

Год назад вышло бесплатное электронное издание на русском языке всеохватного вводного учебника Дэвида Харриса и Сары Харрис «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера». Книга попала в струю, ее скачивания завалили британский сайт Imagination Technologies (дважды — 1, 2), после чего учебник стали использовать преподаватели московских МФТИ, МГТУ, питерского ИТМО, киевского КНУ, КПИ и других вузов. Интересной особенностью учебника является то, что его перевод на русский сделала группа энтузиастов: преподавателей российских и украинских университетов, русских сотрудников компаний в Silicon Valley (AMD, Synopsys, Apple, NVidia ...) и российских компаний (НИИСИ, МЦСТ, Модуль ...).

При этом, электронное издание Харрис-энд-Харрис сформатировано для планшета, и уже после первых скачиваний посыпались емейлы, когда же учебник будет и на бумаге. И вот час настал — Учебник Дэвида Харриса и Сары Харрис «Цифровая схемотехника и архитектура компьютера» можно заказать на бумаге (выходит в новогоднюю ночь). В этом посте я покажу, чем этот учебник отличается от других. Бонус: фотки участников и участниц проекта!



Есть много учебников, которые хорошо вводят в цифровую логику на уровне триггеров и мультиплексоров, или в программирование готовых микроконтроллеров на ассемблере, или показывают красивые диаграммы процессорных конвейеров, или обучают синтаксису Verilog или VHDL. Но если учить скажем микроархитектуре без HDL, или если например пропускать уровни между триггером и программированием микроконтроллера, то получатся студенты, которые могут сдать экзамен и спорить умными словами в интернете, но ничего не могут сделать практически.

Учебник H&H решает эту проблему:

Многие начинающие разработчики часто недооценивают влияние асинхронности на работу цифровых схем. В проектах с одним тактовым генератором сложностей не возникает: схема полностью синхронна, и от разработчика требуется только соблюдать требования Setup и Hold. Но как только в системе появляется второй тактовый генератор, возникает проблема CDC – Clock Domains Crossing, связанная с асинхронностью работы участков схемы, работающих от независимых (асинхронных) генераторов. На практике эта проблема выливается в усложнение маршрута проектирования, связанное с особенностями статического временного анализа в САПР, а в железе проявляется в виде такого эффекта как метастабильность, и аномальное поведение триггеров. Собственно, о метастабильности здесь уже писали, но я предлагаю чуть глубже разобраться в проблеме.

Функциональные языки, как правило, не слишком подходят для низкоуровнеого программирования, хотя и применяются для кодогенерации.


Но если спуститься еще ниже, на уровень аппаратуры, то неожиданно ФП оказывается очень кстати. Ведь блок комбитаторной логики не что иное, как функция из величин входящих сигналов в величины исходящих, а для последовательной логики достаточно добавить в параметры и результат старое и новое состояние.

В компьютерах уже давно есть шина PCI Express v3.0 x16; Тесты современных видеоадаптеров показывают на этой шине скорость около 12 Гбайт/с. Хотелось бы сделать модуль на ПЛИС который обладает такой же скоростью. Однако доступные ПЛИС имеют HARDWARE контроллер только для PCIe v3.0 x8; Реализации SOFT IP Core есть, но очень дорогие. Но выход есть.

Доброго времени суток. В этой статье расскажу как интегрировать модули, на примере двух ультразвуковых датчиков HC-SR04 и Pmod MAXSONAR, в систему на кристалле на основе MIPSfpga. Также расскажу как написать программу для управления подключенных модулей.

Основываясь на моем примере вы сможете подключить ваши собственные модули, управлять ими при помощи программы. Создавать систему со своим набором периферии, на основе MIPSfpga.

Здравствуй, мир! Сегодня у нас серия статьей для людей со средними знаниями о работе процессора в которой мы будем разбираться с процессорными архитектурами (у меня спелл чекер ругается на слово Архитектурами/Архитектур, надеюсь я пишу слово правильно), создавать собственную архитектуру процессора и многое другое.

Принимаются любые замечания!

Все готово, чтобы рассказать Хабр аудитории о применении FPGA в сфере научных высокопроизводительных вычислений. И о том, как на данной задаче надо удалось значительно обскакать GPU (Nvidia K40) не только в метрике производительность на ватт, но и просто с точки зрения скорости вычисления. В качестве FPGA платформы использовался кристалл Xilinx Virtex-7 2000t, подключенный по PCIe к хост компьютеру. Для создания аппаратного вычислительного ядра использовался язык C++ (Vivado HLS).

Под катом текст нашей оригинальной статьи. Там, как обычно бывает, сначала идет долгое описание зачем это все надо и модели, если нет желания это читать, то можно переходить сразу к реализации, а модель посмотреть потом при необходимости. С другой стороны без хотя бы беглого ознакомления с моделью читатель не сможет получить впечатление о том, какие сложные вычисления можно реализовать на FPGA.

Здравствуйте! Сегодня мы познакомимся с новым семейством дешевых и малопотребляющих ПЛИС от Lattice Semiconductor семейств iCE40LP/HX/LM, научимся работать с фирменным компилятором iCEcube2 и редактором кода Sublime Text 3, а также программировать чип на отладочной плате Lattice iCEstick с помощью прошивки, написанной на SystemVerilog.

Все будет сопровождаться подробными инструкциями и скриншотами.

Несмотря на стремительное развитие процессоров общего назначения (ARM, x86 и более экзотических), не теряют своей актуальности специализированные процессоры цифровой обработки сигналов (ЦОС). Одним из самых популярных процессоров ЦОС с плавающей точкой в родном отечестве стал процессор ADSP-TS201S фирмы Analog Devices. В свое время (10-15 лет назад) этот процессор не знал себе равных в высокопроизводительных системах ЦОС, работающих в реальном времени. Его основные характеристики:

• Частота процессора – 600 MГц
• Объем внутренней памяти – 3 МБайта
• 4 высокоскоростных порта – 600 Мбайт/сек
• Внешняя шина – 100 МГц
• Каналы DMA – 12 каналов

Решения на процессоре ADSP-TS201S хорошо себя зарекомендовали в широком классе аппаратуры как гражданского, так и не очень гражданского назначения. Но всему хорошему приходит сами знаете что конец.

Господа! Семинар Nanometer ASIC, организованный РОСНАНО, МИСиС и Imagination Technologies, оказался довольно популярным — на него зарегистрировались более 180 человек, пришли 127, причем в аудитории засветились предствители всех значимых российских микроэлектронных проектов — от радиационно-стойких микросхем для космоса из НИИСИ до чипов для умных камер от ЭЛВИС-НеоТек, инженеров из Байкал Электроникс, руководителей проектов по автоматизации проектирования микросхем из МГУ, разработчики российских ПЛИС-ов из Воронежа, преподаватели из ВШЭ/МИЭМ и других вузов, организаторов олимпиад для школьников из МФТИ и многие другие.

Несмотря на то, что для профессиональных спецов по использованию Synopsys IC Compiler семинар был слишком элементарный, но его вводный характер искупился его широтой — инженеры из всей цепочки проектирования и производства могли освежить в памяти области, которые они забыли, инвесторы в полупроводниковой индустрии смогли посмотреть что делают компании, в которые они инвестируют, студенты посмотрели, что им может нравится и так сказать куда копать (в полупроводниковой индустрии Silicon Valley молодые инженеры специализируются в логический / физический / аналоговый дизайн довольно рано в своей карьере).

Ведущий семинара, лектор Калифорнийского университета в Санта-Крус (отделение в Кремниевой долине) Чарльз Данчек (Charles Dancak) отвечает на вопросы:



Скачать все слайды на русском можно здесь.

Под катом — избранные слайды Nanometer ASIC (25 из 322):

Традиционно московская конференция CEE-SECR (Central & Eastern European Software Engineering Conference in Russia) была про софтвер, но в этом году ее организаторы решили поэкспериментировать и впустить темных демонов хардвера. Причем не из чего-то народного типа Ардуино, а из уровней посуровее: микроархитектуры микропроцессоров, прототипирования систем на кристалле с помощью микросхем ПЛИС/FPGA, и автоматической генерации тестов для процессоров во время их разработки. Чтобы привязать данный материал к чему-то знакомому для программистов, в хардверной теме возникли приложения встроенных процессоров для интернета вещей, связь лицензируемых микропроцессорных ядер с российскими микропроцессорными проектами, обучение хардверу в российских университетах, а также российские встроенные операционные системы реального времени для тех применений, куда нельзя впускать длинный нос американского Госдепа.

Можно сказать, что хардверная тема на SECR-е удалась: вся комбинация докладов была сбалансированна и покрывала тему с разных сторон; людей в зале было не то что особенно много, но выше среднего; возникли интересные споры о достоинствах и недостатках открытых процессорных ядер супротив частично открытых, но шире используемых в промышленности.

Всем привет! В данной статье речь пойдет о подключении микросхем АЦП к кристаллам ПЛИС. Будут рассмотрены основные особенности соединения узлов схем, представлены современные АЦП и их характеристики. В статье будут даны практические советы по быстрому и правильному подключению АЦП к ПЛИС с минимальными временными затратами. Кроме того, речь пойдет о принципах подключения тех или иных АЦП, будет рассмотрен входной буфер ПЛИС и его базовые компоненты – триггеры, узлы задержки IODELAY, сериализаторы ISERDES и т.д. Более детально с примерами программного кода на языке VHDL будет проведен обзор основных элементов, требуемых для качественного приёма данных от АЦП. Это входной буфер, узел упаковки данных для одноканальных и многоканальных систем, модуль синхронизации и передачи данных на базе FIFO, узел программирования АЦП по интерфейсу SPI, узел синтеза частоты данных – MMCM/PLL. Также в статье будет представлен обзор законченных устройств (в стандарте FMC) от ведущих зарубежных и отечественных производителей аналоговых и цифровых схем. В конце статьи вы найдете ссылку на исходные коды универсального узла приёмника данных от многоканальных схем АЦП. Код простой и гибкий в конфигурировании, он представлен на языке VHDL и заточен на микросхемы ПЛИС Xilinx 7 серии и выше, но может быть применен и в других кристаллах ПЛИС.

Еще не делали River Raid на FPGA? Ок, тогда я сделаю.


Совсем недавно FPGA для меня был черным ящиком, а Verilog казался вообще магией — ну как можно написать программу, по которой построится схема на логических элементах? Изучить это я планировал давно, но без реальной железки даже не хотел начинать.

Давным-давно, ещё в девяностых годах прошлого века, набирающий обороты автомобильный рынок остро нуждался в появлении серьёзных противоугонных систем (далее по тексту — иммобилайзеров). Для автоугонщиков в те времена не было особых препятствий, мешавших завести двигатель механической копией ключа или даже совсем без ключа — простым замыканием проводов. Нужны были иммобилайзеры, способные значительно затруднить процесс старта двигателя и дальнейшего угона автомобиля без родного ключа зажигания.

Вот тогда и появилась на свет идея создания компактного радиомодуля (далее по тексту — транспондера), встраиваемого прямо в ключ зажигания автомобиля. В автомобиль же устанавливался иммобилайзер, общающийся с транспондером по радиоканалу. Иммобилайзер посылал в транспондер запрос, а транспондер отвечал неким кодом, без получения которого иммобилайзер не позволял запустить двигатель. Однако поначалу транспондеры всё равно были довольно примитивными, сравнительно легко клонируемыми устройствами. Достаточно было наличие радиоперехватчика и светлой головы на плечах, чтобы разобраться в алгоритме обмена и сымитировать ответ транспондера. Требовалось кардинальное изменение алгоритма общения иммобилайзера с транспондером.

Сегодня я расскажу вам про историю появления и последующего взлома одного из таких алгоритмов, а также поведаю о практических тонкостях процесса брутфорса секретного ключа шифрования.

Далее по тексту все картинки будут кликабельными, чтобы при желании их можно было детально рассмотреть.

Всем привет! Одно из видений нашей компании звучит следующим образом: Мы создаём знания и делимся ими

Делимся знаниями мы не только в своих статьях на замечательном Хабре, но и обучая студентов программированию.

И я с радостью спешу сообщить, что с 1 ноября мы начинаем курсы по следующим направлениям:

• Разработка под FPGA
• Программирование микроконтроллеров
• Системное программирование в Linux
• Измерение качества телекоммуникационных каналов
• Основы программной инженерии

Количество мест ограничено, поэтому естественно присутствует входное тестирование.

Прочитать подробности и записаться на курсы можно тут.

А под катом история появления курсов и более подробная информация о направлениях, учебных планах и входном тестировании. Добро пожаловать!

Коллеги: как вы возможно уже знаете, компания Imagination Technologies (известная как разработчик GPU внутри Apple iPhone + продолжатель культового проекта Стенфорд/MIPS) вместе с РОСНАНО+МИСиС+МГУ+МФТИ+МИЭТ в Москве, ИТМО в Питере и киевских активистов из КПИ и КГУ — проводит серию семинаров по разработке микросхем и программированию встроенных микропроцессоров. Самый ближайший из этих семинаров будет уже на следующей неделе (18-20 октября в Алма-Ате). В этом посте — текущее почасовое расписание семинаров и немножко эстетичных изображений конвейеров встроенных микропроцессорных ядер, о длине, максимальной частоте и энергопотреблении которых мы немножко поговорим во время семинаров.



Итак расписания:

Сейчас вы увидите нечто экслюзивное. Девушка справа на видео — разработчица одного из блоков внутри load-store unit микропроцессорного ядра MIPS P5600, которое является частью системы на кристалле российского микропроцессора Байкал-Т, который используется в офисном принтере «Катюша», терминале «Таволга», системы контроля станков с ЧПУ «Ресурс-30», промышленном контроллере для газовой отрасли «Акситех» КАМ 300 и других устройствах.

А два мужика на видео приезжают в Москву, Санкт-Петербург и Киев для серии семинаров, описывающий все этапы проектирования и производства микросхем: создание спецификации, описание цифровой логики на языках описания аппаратуры Verilog и VHDL на уровне регистровых передач, логический синтез, размещение и трассировка, создание фотошаблонов и производство микросхем на фабрике. Cреди организаторов: РОСНАНО, еНАНО, Imagination Technologies (компания известная как разработчик GPU внутри Apple iPhone), МИСиС, МГУ, МФТИ, МИЭТ, ИТМО, Казахский НТУ, Киевский КПИ и Киевский КНУ. Участники семинара познакомятся с реальными кейсами российских компаний, использующих инструменты САПР: ООО «ЛАБСИСТЕМС», АО «НИИМА «Прогресс», ОАО НПЦ «ЭЛВИС» и АО «БАЙКАЛ ЭЛЕКТРОНИКС». Подробности — http://edunano.ru/doc/6335690702352234538 и https://habrahabr.ru/post/311562.



Под катом — картинки, показывающие какой именно блок проектирует девушка по имени Смрити Оджа, а также (впервые!) часть слайдов Чарльза Данчека (это лектор слева), переведенные на русский язык доцентом Киевского Национального Университета имени Шевченко Александром Барабановым:

Стремитесь узнать про все этапы проектирования и производства микросхем от идеи до фабрики? Хотите построить прототип своей собственной системы на кристалле используя микросхемы ПЛИС? Интересуетесь программированием микроконтроллеров и операционными системами реального времени? Тогда приходите на семинары, которые совместно организовали американские, российские и украинские компании и университеты. Эти семинары будут проходить в Москве, Зеленограде, Санкт-Петербурге, Киеве и Алма-Ате во второй половине октября и первой половине ноября:

• Nanometer ASIC — двухдневный семинар, описывающий все этапы проектирования и производства микросхем: создание спецификации, описание цифровой логики на языках описания аппаратуры Verilog и VHDL на уровне регистровых передач, логический синтез, размещение и трассировка, создание фотошаблонов и производство микросхем на фабрике. Для проведения этих семинаров из Калифорнии приезжает Чарльз Данчек, преподаватель такого курса в University of California Santa Cruz Extension in Silicon Valley. В Москве семинары проходят под эгидой Фонда инфраструктурных и образовательных программ (ФИОП) РОСНАНО и его дочерней компании eNANO.
  
  
• MIPSfpga — устройство систем на кристалле, протоколы внутри чипа и вне чипа, интеграция процессорного ядра с памятью и устройствами ввода-вывода, наблюдение работы кэша и конвейера промышленного процессора на плате с ПЛИС. Семинары проводятся под эгидой британской компании Imagination Technologies, известной как разработчик графического процессора PowerVR внутри Apple iPhone.
  
  
• Connected MCU — введение в использование микроконтроллеров, организация параллельности на одном процессоре, использование прерываний, таймеров, конечных автоматов реализованных в софтвере, и наконец — введение в RTOS и лабораторное занятие с использованием операционной системы FreeRTOS. Материалы семинаров подготовлены профессором Александром Дин из университета Северной Каролины в сотрудничестве с Imagination и Microchip Technology.
  

Продолжаем осваивать FPGA Altera. В первой части я описал процесс установки программного обеспечения Altera Quartus под CentOS7. Теперь уже наконец попробуем что-то сделать «железное», например светодиодики позажигаем. Но прежде небольшое вступление.

Одним из направлений моей деятельности является преподавание в кружке робототехники в небольшом городке Беларуси. Окунувшись во всю эту кухню и поучаствовав в разных конкурсах не только как тренер команды, но и как судья, я пришел к выводу, что ардуино в частности и микроконтроллеры в целом не самая лучшая база для конкурсных роботов (про лего вообще молчу). Многие задачи эффективней решать на уровне голой электроники. Кроме того 90% процентов кружков и «школ» робототехники не дают даже базовых знаний именно электроники, сосредоточившись чисто на «обучении» программированию готовых конструкций. Но чисто электронные роботы (например незаслуженно забытые BEAM) заточены под конкретную задачу и изменение условий конкурса приведет к необходимости существенной перестройки робота, что не всегда возможно. Вот тут я и вспомнил про программируемую логику. В результате поиска информации о применении ПЛИС в обучении я наткнулся на блог Юрия Панчула YuriPanchul. Пользуясь случаем я хочу публично выразить ему свою благодарность. Благодаря ему наш кружок совершенно бесплатно получил плату TerasIC DE0-CV c Altera Cyclone V на борту.

Собственно эта и последующие публикации будут представлять собой реальный учебный материал, который мы реализовываем на кружке. И я буду благодарен за конструктивную критику и замечания, так как применение ПЛИС на кружках для школьников — нехоженая пока область.

Итак, начинаем. В этой публикации будут описаны первые шаги в Quartus, описание элементарной цифровой логики на языке Verilog и загрузка конфигурации в FPGA Altera Cyclone V. Работать мы будем с платой TerasIC DE0-CV, которая имеет на борту встроенный USB-Blaster. Так же затронем и вопрос «запуска» USB-Blaster под Linux.