FPGA *

Пока весь мир развлекается с нейросетями и высокими технологиями, я решил исполнить студенческую мечту — собрать радио (а то как сапожник без сапог).

Во время курса по радиосигналам (по их приему и обработке) в моей голове представлялось это всё как конструктор, и я не видел в этом ничего сложного. По крайней мере, все модели, построенные в Mathcad и MATLAB, давали обнадеживающие результаты, но хотелось это всё проверить на практике и в качестве результата не увидеть первоначально промодулированную идеальную синусоиду, а услышать незнакомый аудиосигнал.

В протоколах передачи данных для стабильной работы используются кодеки, выбранные разработчиками с учётом следующих требований:

равномерное распределение 0 и 1 в канале

простота кодирования/декодирования

иметь небольшую избыточность

Один из самых распространённых протоколов, о которых думаю, если не каждый человек, то уж каждый инженер точно слышал, является Ethernet, который имеет большое количество стандартов. Он так же использует кодек, а именно 66b/64b, который широко известен в инженерных кругах. Вот небольшой список популярных протоколов, использующих этот кодек:

Ethernet (10,40,100G)

Common Public Radio Interface

Fibre Channel (10G, 16G)

Infiniband (FDR, EDR)

Thunderbolt

Разработка процессора и вообще программируемых микросхем — процесс сложный и длительный. От старта проектирования до получения первых образцов в кремнии проходит больше года. При этом ПО желательно писать и отлаживать параллельно процессу производства, чтобы оптимизировать сроки выхода продукта. Но как это делать, если «железо» еще не на руках или оно есть в очень ограниченном количестве, а нужно многим? 

Спойлер: делать имитацию. О том, какие подходы существуют и как выжать из них максимум эффективности для имитации сложных многоядерных систем, рассказали инженеры-программисты отдела разработки системного ПО YADRO Светлана Бурлака и Александр Солдатов.

Продолжая тему самодельного простого интерфейса https://habr.com/ru/articles/769986/ , как всегда, интереса ради и просто так, разработал концепцию сети на описанном ранее протоколе нижнего уровня. Представленная сеть, может быть пригодна для связи между несколькими ПЛИС внутри печатной платы (ПП); связи между ПП внутри блока, а также связи отдельных блоков с длиной линии передачи между узлами сети до 50м, а может и более.

Этой частью завершается серия статей, рассказывающих о разработке и тестировании сумматора с AXI-Stream интерфейсами. Мы покажем, как можно улучшить тестовое окружение за счет добавления возможности его настройки без повторной перекомпиляции исходников. Также мы модифицируем драйверы и мониторы AXI-Stream интерфейса, чтобы их можно было повторно использовать в других окружениях и проектах.

В предыдущей части был рассмотрен основной подход, применяемым для тестирования сложных цифровых устройств - constraint random testing. Мы узнали, как автоматизировать проверку корректности работы устройства с помощью сравнения его выходов с эталонной моделью. Тестовые окружения, работающие по такому принципу, называются self-test testbench. Мы увидели из каких компонентов строятся тестовые окружения и разработали структуру окружения для проверки сумматора с AXI-Stream интерфейсами. В этой статье мы перейдем от теории к практике и покажем, как реализовать это окружение на языке Verilog.

В предыдущей статье мы познакомились с основами работы AXI-Stream протокола и модифицировали наш сумматор, чтобы он был совместим с этим интерфейсом. Также было отмечено, что из-за увеличения сложности сумматора встает проблема в его тестировании. Напрямую генерировать все возможные входные воздействия достаточно сложно из-за большого количества их различных вариантов. Еще утомительней каждый раз вручную просматривать временные диаграммы в поисках ошибок. Нам нужен другой подход, и именно это мы будем обсуждать в этой статье.

Несколько лет назад мне довелось посетить университет Харви-Мадд, в котором работали Дэвид Харрис и Сара Харрис, авторы известного учебника "Цифровая схемотехника и архитектура компьютера". Cлучайно зашел в комнату, в которой сидела группа студентов и лежало нечто, напоминающее торпеду. Выяснилось, что это подводный робот, а студенты работают над общением этого робота с рыбами с помощью сонара (так я перевел для себя "IVER AUV for Sonar Mapping and Fish-Robot Interaction Modeling Projects"), и даже получили пару грантов на полмиллиона долларов.

Но чтобы студенты могли сделать что-нибудь полезное в обработке сигнала от сонара, им нужно знать кучу математики из области, которая в Америке называется DSP, а в России - ЦОС, или Цифровая Обработка Сигналов. Потом, в своих поездках по России я выяснил, что российские студенты в ЦОС тоже не лыком шиты.

Интереса ради сделал несколько простеньких модулей (аля платки для встраиваемых систем), про которые и хочу рассказать и поделиться исходниками, вдруг кому пригодится. Да, эта статья не про ПЛИСовую тематику, а что бы её немного разбавить, хотя кого я обманываю, модули же с ПЛИСами.

Про каждый модуль писать отдельно не вижу смысла, поэтому будет статья - сборник, а чтобы добавить наукообразия в текст, буду комментировать особенности разводки, если таковые будут. И предлагаю начать от сложного к простому.

Вторая статья из цикла, посвященного проектированию с использованием стандартного интерфейса AXI-Stream, а также отладке и документации проектов.

В данной статье описывается способ создания минималистичного образа sd карты c debian arm64 на примере отладочной платы с zynq ultrascale zcu106. Данный способ можно использовать для создания загрузочных образов других устройств с соответствующими изменениями. Битстрим, ядро Linux и dts для удобства разработки размещаются отдельными файлами.

Также описан способ загрузки по сети ядра Linux, dts и корневой файловой системы debian, который позволит сократить время разработки и ресурс карты памяти.

Интереса ради сделал максимально простенький комплект модулей: приемники, передатчики и те и другие с разным набором плюшек, реализующих простой самобытный протокол связи с манчестерским кодированием для связи 2х и более ПЛИС.

Простое, нестандартное процессорное ядро с открытым кодом, которое может быть использовано для создания микроконтроллера в базисе ПЛИС, в том числе ПЛИС - ОП.

Данная серия статей является туториалом по установке линукса на плату KC705 с софт-процессорным ядром Микроблэйз.

В первой части я описываю процесс создания схемы платформы, на которую мы поставим систему, с описанием некоторых нюансов.

Во второй части я опишу процесс сборки образа линукса и тестирование его работоспособности на отладочной плате путём прошивания через usb.

В третей — расскажу о том, как прошить SPI флэшку на плате, чтобы система стартовала сразу при включении платы.

Буду рад любым советам, замечаниям и фидбэку в комментариях. Статью считаю полезной, т.к. в процессе столкнулся с достаточно большим количеством неочевидных вещей, настроек и решений, информацию о которых в интернете нашёл с трудом. Да и вообще, актуальных туториалов и статей, конкретно по этой отладочной плате в интернете ничтожно мало. Поехали!

ПЛИС-Культ привет FPGA хабрунити!

Очередной движ по программируемой логике состоится с конца ноября по вторую неделю декабря в Мск, СПб и Томске/Омске

Приглашаем всех разработчиков и мимопроходилов принять участие в очередной конференции FPGA-Systems 2023.2 и в создании контента для первого номера журнала полностью посвященного проектированию на ПЛИС.

В данном цикле статей будет представлен процесс разработки и тестирования RTLмодулей на языке Verilog. В качестве примера будет рассмотрен целочисленный
сумматор с AXI-Stream интерфейсами. Мы разберем некоторые приемы и паттерны,
часто используемые при проектировании цифровых устройств. Также мы покажем
типовую структуру тестового окружения для проверки RTL-модулей.
Описанное нами окружение будет состоять из отдельных компонентов, у каждого из
которых будет своя конкретная задача. При правильном подходе к разработке этих
компонентов их можно будет повторно использовать в других тестовых окружениях.

Прошли первые три занятия Школы Синтеза Цифровых Схем в 18 вузах России и Беларуси. На втором занятии пошла речь о D-триггерах и их описании в современном SystemVerilog, а не в стареющем Verilog-2001 и не в допотопном Verilog-95.

D-триггер - это минимальный элемент состояния, он хранит 1 бит информации в течении 1 такта. Именно он делает электронику "умной", позволяет повторять вычисления, ждать события, организовывать конвейеры вычислений внутри микропроцессора, графического процессора, сетевого роутера.