FPGA *

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):

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.

ПЛИС-культ привет, FPGA хаб!

В очередной раз мы собираемся нашим ламповым FPGA комьюнити для обмена опытом, всякими премудростями и просто для общения в кругу таких же ПЛИСоводов как и ты.

Программа уже сформирована, регистрация открыта и возможно тебе повезет стать частью фактически единственного FPGA движа на постсоветском пространстве. Не откладывай на завтра и регистрируйся на IV конференцию FPGA-Systems 2023.1.

Во всем мире и в нашей стране резко возрос интерес к разработке микроэлектроники, ключевым элементом которой являются системы на кристалле. Разработка этого класса устройств требует глубоких специальных знаний и опыта, а специалистов такого профиля в индустрии не хватает. При этом традиционные способы подготовки дают хорошую фундаментальную базу, но выпускники вузов не обладают необходимым опытом работы в реальных проектах.   

В то же время в отрасли немало специалистов с практическим багажом, которые уже решают прикладные задачи проектирования цифровой логики, но в смежных с разработкой ASIC областях — например, FPGA инженеры. Мы заметили, что у нас в компании нередким стал кейс, когда в команду приходят специалисты с опытом в FPGA-разработке, довольно быстро включаются в задачи проектирования ASIC и потом целиком уходят в эту смежную область, ведь маршруты проектирования и инструменты похожи.

Мы решили систематизировать этот опыт и превратить его во внутренний курс переподготовки из FPGA-дизайнеров в ASIC. Если вы тоже задумывались о том, чтобы начать проектировать IP-блоки для ASIC, прочитайте эту статью. Мы поговорили с нашими инженерами, которые самостоятельно прошли путь от цифрового синтеза под FPGA к проектированию ASIC о том, какие знания и опыт для этого нужны, и в чем разница в построении процессов и устройстве работы команд. И, кажется, нашли много плюсов перехода в эту смежную область. 

Существенную часть кристалла современных ЦП занимает кэш-память. Дальнейшее увеличение кэш-памяти без изменения технологических норм приведет к соответствующему увеличению кристалла. Одним из способов увеличения объема хранимой информации в кэше без увеличения самого кэша является использование алгоритмов компрессии. Среди них выделяются алгоритмы Base+Delta и Base-Delta-Immediate. Данная статья посвящена реализации первого алгоритма.

Как можно CPLD JTAG пины использовать как активную часть работающего устройства?

В статье будет рассмотрена работа синтезатора нетлиста, его возможности по оптимизации кода и трудности, с которыми он может столкнуться. Показаны две техники написания кода логических схем на Verilog в зависимости от преследуемых целей оптимизации проекта на этапе синтеза. А также разбор некоторых настроек синтезатора Xilinx Vivado, которые призваны пытаться оптимизировать логическую схему за разработчика. В конце мы возьмём модуль, который попробуем привести к рабочему состоянию исключительно за счёт возможностей синтезатора.

Сразу скажу, что возможности синтезатора не настолько велики, чтобы любой код превратить в рабочую схему, но знать о них полезно. Например, сравнение схем и отчётов, полученных с различными значениями настроек синтезатора, могут стать отправной точкой для поиска узкого места в коде и его устранения.

Ранее в сериале… Ах, да, не все технари уважают сериалы. Тем не менее, слово Simics уже было написано в заголовке и мне не отвертеться от того, что все последующее будет своеобразным практическим продолжением материала «Симуляторы компьютерных систем – похожи ли на реальность» моего коллеги @alex_dzen.

Из этих трех статей мы знаем, что есть такие симуляторы аппаратного обеспечения и ими пользуются серьезные дядьки из больших компаний. Наверное, меня тоже можно отнести к этим «дядькам», но у меня есть одна слабость — на досуге я люблю что-нибудь паять и использую для проектов «несерьезную» среду Arduino, где в качестве процессоров применятеся что-нибудь из «несерьезных» Atmel-ARM или ESP32-RISC. И интрига в том, можно ли использовать Simics для небольших и хобби-проектов?

Давайте попробуем оптимизировать самый времязатратный этап разработки устройств на базе ПЛИС — отладку прошивки. В этой статье мы расскажем о принципе 20/80 при планировании времени, рассмотрим инструменты для отладки FPGA, вспомним Гордона Мура и Уинстона Черчилля (да-да), затроним отладку сложных распределенных систем и внешних интерфейсов, а в конце — разберемся с типичными ошибками и поделимся полезными практическими советами.

Для начала рассмотрим типовой цикл разработки и моделирования FPGA-прошивки:

Все делают это. Ну ладно, не все, но большинство. Пишут скрипты, чтобы симулировать свои проекты на Verilog, SystemVerilog и VHDL. Однако, написание и поддержка таких скриптов часто бывает довольно непроста для типично используемых Bash/Makefile/Tcl. Особенно, если необходимо не только открывать GUI для одного тестбенча и смотреть в диаграммы, но и запускать пачки параметризированных тестов для различных блоков, контролировать результат, параллелизировать их выполнение и т.д. Оказалось, что всё это можно закрыть довольно прозрачным и легко поддерживаемым кодом на Python, что мне даже обидно становится от того, как я страдал ранее и сколько странного bash-кода родил.

В предыдущих четырёх частях велась подготовка к экспериментам с RISC-V ядром RocketChip, а именно, портирование этого ядра на «нестандартную» для него плату с ПЛИС фирмы Altera (теперь уже Intel). Наконец, в прошлой части на этой плате получилось запустить Linux. Знаете, что меня во всём этом забавляло? То, что одновременно приходилось работать с ассемблером RISC-V, C и Scala, и из всех них Scala была самым низкоуровневым языком (потому что именно на ней написан процессор).

Давайте в этой статье сделаем так, чтобы C тоже не было обидно. Более того, если связка Scala+Chisel использовалась лишь как domain-specific language для явного описания аппаратуры, то сегодня мы научимся «затягивать» простенькие функции на C в процессор в виде инструкций.

Конечная же цель — тривиальная реализация тривиальных AFL-like инструментаций по аналогии с QInst, а реализация отдельностоящих инструкций — лишь побочный продукт.

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

Традиционный ежегодный слет hardware-инженеров пройдет в Москве уже через месяц, 29 ноября. Мы расширили целевую аудиторию: в программе найдется интересное не только для мастеров FPGA, но и для RTL-шаманов, гуру верификации и адептов физического дизайна. А еще будут DIY-стенды с «железками» от комьюнити! Больше подробностей — далее в посте.

Вначале мы поморгали диодом, затем посчитали семисегментником. Если с нуля, то уж лучше пройти эти этапы. Теперь приступим к задачке, которую с большой натяжкой можно применить где-нибудь на проде. С очень большой.

На плате, которую я использую для примера (QMTECH Cyclone 10 Starter Kit), есть разъём HDMI, что недвусмысленно намекает нам, что к нему можно подключить дисплей соответствующим кабелем. На самом деле, разъём – это не обязательно. А вот наличие на чипе выходов, которые можно сконфигурировать как lvds, очень сильно приветствуется. Возможно, получится и без этого (просто 2 выхода, формируемые из одного инверсией), но я не пробовал, потому промолчу.

Когда мы embedded-программисты, то с дисплеем мы взаимодействуем, отправляя на него команды, либо, если всё хорошо с железом, то пишем в специальную область памяти.

Мы будем работать на более низком уровне. Делать на коленке прозрачные электроды, и наклеивать поляризационные плёнки, конечно, не надо. Будем формировать видео-сигнал.

Если вы думаете, что в 2025-м году ЭЛТ мониторы и телевизоры остались в далёком прошлом, то у меня для вас есть новость: Формат сигналов внутри проводов всё ещё напоминает сигнал, который идёт на одну из сеток большой вакуумной лампы, которой, по сути и является кинескоп.

Осенью мы в YADRO совместно с сообществом FPGA Systems собрали FPGA-энтузиастов сразу в двух городах — Москве и Санкт-Петербурге. Получилось почти 12 часов докладов — по проектированию на FPGA и ASIC, альтернативным HDL, запуску GPU AMD на ПЛИС с RISC-V, искажению времени и другим фантастическим явлениям темам. Самые полезные, по мнению зрителей, — в этом посте.