FPGA *

Видеокарта для Arduino NANO  с разрешением  256 пикселей по горизонтали, 128 пикселей по вертикали и 256 цветов.

Основой проекта стала ПЛИС EPM240T100C5N   семейства MAX II.

Всем привет! Меня зовут Александр Разинков, я разрабатываю системный софт в компании YADRO. В этом посте я расскажу о стресс-тестировании нашего RISC-V-кластера с помощью… Quake 2! Почему «квейк»? RISC-V активно развивается как основная application-платформа в мире, и игры — это хороший способ проверить возможности ядер, драйверов GPU и экосистемы в целом. В некоторых важных аспектах игры дают значительно большую нагрузку, чем стандартные программные тесты, особенно на память и интерконнект.

В ходе проекта мы получили отличный опыт работы с видеоподсистемой и графическим стеком Linux, которым стоит поделиться. Открыли для себя новую группу бенчмарков по графике и UX. Наконец, это первый на моей памяти запуск игр именно на российских ядрах RISC-V!

Как же разработать свою микросхему. Задался я этим вопросом, когда я захотел создать собственный процессор. Пошёл я гуглить и ничего годного не нашёл. Ответы в основном два։ "Ты не сделаешь свой процессор, потому что слишком сложно" и "Забей и собери компьютер из комплектующих".

Очевидно что это меня не устаивает, поэтому я решил изучить вопрос серьезнее. Оказалось можно сделать свой процессор описав его с помощью Verilog и FPGA. Купил плату в Китае, 3 года спокойным темпами написал свой процессор, оттестировал, скомпилировал и залил на FPGA. Но мне этого не достаточно.

• программируемая логика (FPGA),
  
• процессоры для обработки сигналов и пользовательских приложений (два ARM’а),
  
• до восьми 12-разрядных АЦП с частотой дискретизации до 4 ГГц (!),
  
• до восьми 14-разрядных ЦАП с верхней частотой до 6.4 ГГц (!).
  

Предисловие

Пополнение среди ультрабюджетных девбордов: FPGA - "отладка" за 201 р.

Самая дешёвая "оценочная плата" с ПЛИС Xilinx Spartan-6 на AliExpress обойдётся в ровно 3000р. На Авито и майнерских "Купи-Продайках" - в 10 раз дешевле. С более "жирным камнем". Никакого подвоха, всё честно.

В 2018 году я уволился из российского подразделения Atmel (компании, которая разработала микроконтроллеры ATmega, применяемые в Arduino) и был приглашён в южноамериканское подразделение NXP. На собеседовании в числе прочих был один весьма забавный вопрос: «Как вы запустите демоплату с микроконтроллером MCXA143VLH, если окажетесь в античной Греции?» Мой ответ про батарейку из лимона приятно удивил собеседника.

Такую батарейку каждый читатель легко может сделать у себя дома. И сегодня я расскажу как. А чтобы убедиться в том, что батарейка функциональна, мы подключим к ней Arduino, который выполнит написанный нами код.

ПЛИС-культ привет, FPGA хаб!

Давненько я не писал полноценных статей на хабре, всё больше как-то занимался организацией FPGA движа: всякими там новостными подборками, ютуб стримами по FPGA, организацией плисовых конференций и много чем другим.

Но всё новое — хорошо забытое старое, поэтому решил изложить в текстовом виде несколько идей, которые легли в основу стримов.

И в этой заметке предлагаю вам погрузиться в небольшое исследование c реализацией конвейеризованного многоразрядного сумматора всего с 1 уровнем логики, эдакого LUTа в сферическом вакууме, идеи которого, я уверен, найдут отклик в исследовательских работах начинающих адептов программируемой логики.

Проектированием простого процессора сейчас никого не удивишь. Любой способный студент может за пару недель написать на верилоге однотактный RISC-V или ARM процессор и синтезировать его для ПЛИС. Процессор будет работать на учебной плате и выполнять простые программы на Си и ассемблере.

Такой процессор можно постепенно усложнять: сделать его конвейерным, добавить кэш и прерывания. Но где находится граница между такими студенческими упражнениями - и взрослыми высокопроизводительными процессорными ядрами, которые стоят в сотовых телефонах и облачных серверах?

На границе между вводным и продвинутым курсом микроархитектуры CPU принято ставить внеочередное выполнение инструкций, именно оно отделяет мальчика от мужа. Эта фича впервые появилась еще в 1960-е годы в суперкомпьютерах CDC 6600 и IBM 360/91, но проникла в персоналки с PentiumPro только в 1996 году и в Apple iPhone в 2012 году.

Именно внеочередное выполнение инструкций - главная козырная карта самого горячего процессорного проекта российской микроэлектроники - двухгигагерцового RISC-V процессора для ноутбуков от компании Ядро / Syntacore. Этот проект был объявлен в прошлом году. Что с ним станет в результате известных событий?

Я не понимаю, как на это реагировать. Некий товарищ полгода спрашивает у меня советы как начать с Verilog/FPGA/ASIC, но при этом ничего не начинает, хотя его вопросы становятся все более экзотическими. Чтобы было понятнее, опишу как бы это выглядело для программирования. Предположим к вам пришел молодой человек и спрашивает как научиться программировать. Вы ему говорите что-нибудь типа:

"Сесть за компьютер, написать и запустить программу Hello, world. Одновременно скачать книжку с описанием языка и базовых приемов и читать ее в общественном транспорте, перед сном и в приемной у зубного врача. Периодически садиться за компьютер, написать и отладить программы: сортировки массива, игры Жизнь, ханойских башень итд. С выводом на текстовый терминал, окно в GUI или веб-страницу - по вкусу. Далее вы поймете в какую сторону копать или не идти в это дело вообще."

Молодой человек вас горячо благодарит и уверяет как он сильно хочет стать настоящим программистом. Потом он Hello, world не пишет и никакой книжки читать не начинает, но последовательно спрашивает у вас:

Буквально на днях на arXiv-е была выложена очень занятная статья швейцарских исследователей, в которой представлены подробности проекта LLHD. Это проект создания многоуровневого промежуточного представления для языков описания аппаратуры, наследующий идеологию и принципы проекта LLVM.

Говоря простыми словами — это новый язык описания аппаратуры, лишенный недостатков его предшественников и уже сейчас демонстрирущий приличную производительность, гибкость и совместимость с существующей инфраструктурой. Приятным моментом является то, что код основных инструментов написан на языке Rust.

Предлагаемая иерархия инструментов (здесь и далее изображения из оригинальной статьи)

У проекта есть все шансы стать тем же, чем GCC и LLVM в свое время стали для мира открытого программного обеспечения. Сложно даже представить, насколько это может изменить ситуацию вокруг разработки железа.

Под катом описание текущего положения дел, краткий обзор языка и отличия нового подхода.