FPGA *

Ко мне на днях обратились сначала два стартапера, а потом и из большой компании по вопросу EDA с помощью AI. Я дал всем троим одну и ту же задачку и думаю сделать еще несколько таких задач, так как два тула эту задачку решили, один тул на ней лег, а еще четыре произвели некий код на языке описания аппаратуры SystemVerilog, который не проходил мой тест, то есть не являлся решением.

В чем социальная значимость таких задачек? Дело в том, что венчурные капиталисты тратят не свои деньги, а деньги, которые институциональные инвесторы, в частности пенсионные фонды - вкладывают в фонды венчурных капиталистов. Тем самым, хотя в США существуют законы, запрещающий неопытным инвесторам ("widows and orphans laws" - "законы о защите вдов и сирот") вкладывать в стартапы напрямую - вдовы и сироты все равно не защищены, так как живут на выплаты из пенсионного фонда, в который вкладывал их безвременно почивший отец семейства.

Также не открою Америку, что стартапер стартаперу рознь. Одни честно делают прототипы и решают задачки от потенциальных пользователей. А другие занимаются shmoozing - то есть ходят по тусовкам и пытаются что-то впарить VC говорением в стиле Остапа Бендера.

И вот чтобы защитить венчурных капиталистов (а через них - вдов и сирот) от стартаперов второго типа, мы с соратниками сделали задачку под названием SystemVerilog Microarchitecture Challenge for AI No.1:

Всем привет!

Я хочу поделиться с вами, какоднажды мне пришлось оживлять вторую флешку на микроконтроллере (далее «мк»), ну кому не нравится, то назовем это «программируемая система на кристалле». Наверное кто только зашел сюда и хочет более подробно разобраться и все понять, то вам сюда, так как я планирую все подробно рассказать от А до Я.

В данной статье будут подняты такие вопросы:

1. Инициализация QSPI (кто не знает, специальная периферия, позволяющая работать с флешкой на прямую).
2. Инициализация flash. Написание драйвера .

Проделав все пункты, которые будут затронуты в данной статье, вам станет более понятно как и что работает.

Что если я скажу, что можно создать прошивку для ПЛИС на языке Verilog (VHDL), не написав ни одной строчки кода?

Александр Кушнеров
10.01.2025

 Аннотация – Дизайн замкнутых комбинационных схем основан на законах поглощения конъюнкций и дизъюнкций. Если в такой схеме используется только один выход, то её транзисторная реализация будет избыточной, а граф этой реализации будет содержать ложные циклы. Значения на выходах комбинационной схемы, в том числе и замкнутой, можно считать правильными лишь через какое-то время, необходимое для завершения всех переходных процессов. В статье показано как дополнить замкнутую схему индикатором завершения переходных процессов, т.е. сделать её асинхронной.

1. Введение

Замыкание выхода комбинационной схемы на один или несколько её входов может дать новую комбинационную схему. Поскольку данные обрабатываются от входов к выходам, обратную связь можно представить как направленную петлю на графе. С другой стороны, графы, которые задают контактные мостиковые схемы, содержат не направленные петли (циклы). Именно из-за петель такие схемы часто являются минимальными. Преобразование графа мостиковой схемы в последовательно-параллельный соответствует схеме на логических элементах. Это преобразование размыкает все петли и называется декомпозиция в базисе И/ИЛИ. Мы будем рассматривать декомпозицию, которая даёт минимальное количество логических элементов. Чтобы корректно замкнуть полученные схемы нужно выполнить определённые условия. В качестве этих условий мы используем известную замкнутую схему.

В инженерной практике релейно-контактные мостиковые схемы начали использоваться по крайней мере со второй половины 1890-х годов [1]. Однако, привлечение булевой алгебры для их анализа и синтеза состоялось лишь во второй половине 1930-х годов [2]. Рассмотрим простейшую мостиковую схему из пяти замыкающих ключей (контактов), назовём её K5. Каждый ключ в этой схеме управляется своей переменной. Присвоить переменные можно например так, как показано в Табл. 1. Последовательное соединение ключей записывается как произведение переменных, а параллельное – как сумма. Таким образом, чтобы записать булеву функцию схемы в дизъюнктивной нормальной форме (ДНФ), нужно найти все возможные пути от входа к выходу.

Мне потребовалось синтезировать быстрый цифровой фильтр нижних частот. Причем этот фильтр должен работать в реальном времени на микроконтроллере. Тут я понял, что надо вспоминать с какой стороны следует подходить к цифровым IIR фильтрам.

Порой бывает так, что вам присылают скриншот цифрового фильтра и надо понять, как это будет работать.

Далее я покажу некоторые приёмы расчета IIR фильтра по известным коэффициентам.

Году в 1993 мой приятель микрософтовец Лев Белов при встрече с безумными глазами произнес «Ты понимаешь, что это все! Window NT спортировали на Альфу! Все, архитектура x86 с Интелом закончилась!»

И вот архитектура DEC Alpha вновь возникла в моем дискусе в диалогах на линкдине пару дней назад. Инженер по имени Александр Кушнеров высказал утверждение, что на Альфе не получилось или было принцииально невозможно достичь низкого энергопотребления.

Тезис про «принципиально невозможно» мне кажется сомнительным. Поэтому я высказал вот какие соображения:

В данной статье я постараюсь описать процесс создания кастомного образа Linux на Zynq UltraScale+ MPSoCс. Каждый необходимый компонент будет собран отдельно с использованием соответствующих утилит. Статья разбита на разделы, которые шаг за шагом знакомят вас с процессом сборки и запуска системы на данной платформе.

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.

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

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.

Длинный извилистый путь Школы Синтеза Цифровых Схем приближается к годовой кульминации. 21-23 пройдет хакатон по процессорам в зеленоградском МИЭТ, после чего 150 слушателей из дюжины российских городов оправятся готовится к майским праздникам, приближающимся сессиям и лету.

Но для тех, кто воспринимает школу не просто как научпоп, а реально собирается стать проектировщиком микросхем, мы приготовили экзамен с задачками в духе задачек на собеседованиях в Silicon Valley. В некоторых крупных электронных компаниях для решения таких задачек соискателя заводят в комнату без интернета, и он делает это под глазами экзаменатора на компанейском компьютере. Но так ученики школы не волшебники, а только учатся, экзамен выкладывается открытым, но по его результатам школа будет давать рекомендации в электронные компании.

Для экзамена мы выбрали три темы в четырех упражнениях:

Проанализируем объявление о приеме на работу в Теслу на позицию джуниор-проектировщика процессора для AI автопилота автомобиля (скриншот ниже). Как мы видим, от соискателя требуется понимание микроархитектуры процессора, проектирование на уровне регистровых передач используя язык описания аппаратуры Verilog, а также понимание, как проектирование логики влияет на временные задержки. Иными словами, соискатель должен понимать, как связаны его строки на верилоге с гигагерцами синтезируемого из них процессора. А понимаете ли это вы?

В чем главное отличие между FPGA-хоббистом, ностальгирующим по КР580ИК80 на пенсии - и начинающим микроархитектором, ориентированным на будущее трудоустройство в передовую процессорную компанию или сфинансированный венчурными капиталистами стартап?

Три слова: понимание концепции конвейера. Молодым профессионалом, не старым хоббистом.

Это наглядно видно, если вы погуглите тексты про FPGA для начинающих. Если текст пишет программист, которому захотелось потрогать FPGA чисто для разнообразия, он как правило до конвейера не доходит. Помигает лампочками, поговорит про конечные автоматы и может начнет встраивать какую-нибудь FPGA-реализацию старого 8-битного процессора.

(Некоторые из таких людей даже пишут книги - вот некий Роберт Дунне реализовал процессор конечным автоматом с состояниями fetch/decode/execute, но до конвейера не дожал)

Все это происходит потому, что понимание работы конвейера как правило требует некоего мозгового усилия, типа толчка штанги. И если мозг уже поставлен десятилетиями программирования на Си и ассемблере, он упирается, потому что это ему контринтуитивно.

Но это надо преодолеть, поскольку если вы прийдете интервьироваться в какой-нибудь AMD на позицию юного проектировщика, вас будут спрашивать не как помигать лампочками и засунуть Радио РК-86 в Xilinx, а как стоя перед интервьирующим написать на доске на языке описания аппаратуры Verilog - конвейерную реализацию какого-нибудь умножения со сложением. Или сделать это на компьютере отрезанном от интернета, так что вы даже не cможете нагуглить решение - вот садисты, а?

Именно этому вопросу будет посвящено следующее занятие Сколковской Школы Синтеза Цифровых Схем.

Всем привет, дорогие хабровчане! Сегодня я хочу поделиться своей «больной» идеей реализовать калькулятор на ПЛИС на основе конечного автомата. Почему больной? Потому что уж очень мудрёно получается: всё-таки реализация автоматов на ПЛИС – дорогая практика в смысле ресурсов. Почему хочу поделиться? Потому что вишенкой на торте в этом проекте является автоматическая генерация кода с помощью такого мощного средства, как HDL Coder в MATLAB, что в купе со Stateflow очень интересно смотрится: создание железного кода на основе графического составления графа системы – ни это ли верх мечтаний разработчика, которому необходимо реализовать сложнейший граф с кучей разных переходов и условий ?!

Итак, задачу перед собой я поставил следующую: у меня есть «китайский» кит с FPGA Spartan 6 на борту и старенький клавиатурный интерфейс PS/2. Я собираюсь залить проект калькулятора-автомата на ПЛИС вместе с выбранным интерфейсом и с клавиатуры осуществлять ввод данных. Вывод результата и текущего ввода будем наблюдать на 8-ми cемисегментных дисплеях, которые также имеются на отладочной плате.

В первой части мы познакомимся с пакетом Stateflow, как собиралась модель в SIMULINK и сгенерируем HDL-описание. Во второй части мы немного скорректируем проект для получения синтезируемого HDL кода.

В прошлой статье я попытался с генерировать тактирующий сигнал в ПЛИС на разных примитивах. Из всех рассмотренных вариантов генерации сигнала, самым адекватным получился  клок с генерированный на  блоках LUT.  

Цель. В этот раз я хочу с генерировать клок не на одном примитиве, а на цепочке примитивов. Допустим возьмем один инвертирующий LUT и некоторое количество LUT-повторителей для создания задержки сигнала. Так же хочется посмотреть как будет меняться частота сигнала в зависимости от температуры кристалла.

Описание протокола MapleBUS или как cделать устройство ввода для DREAMCAST.

Со 2 по 5 октября в Новосибирске прошла школа по основам цифровой схемотехники, архитектуры и использования Verilog. Формальное название мероприятия: школа для магистрантов и аспирантов, проходившая в Новосибирском государственном техническом университет в рамках XIV Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП-2018, проводимой под эгидой IEEE.

Данное мероприятие было в первую очередь ориентировано на тех, кто:

• прочитал книгу Цифровая схемотехника и архитектура компьютера, Д.Харрис, С.Харрис (также известная как H&H или Харрис-и-Харрис);
• хочет применить свои знания на практике, но не понимает, какое оборудование и ПО для этого необходимо и не умеет его использовать;
• является студентом старших курсов или аспирантом и, как предполагается, будет распространять полученные знания (вести в ВУЗе практикумы, лабораторные работы и т.д.).

Анонс: аналогичная школа запланирована с 6 по 9 ноября на базе Института космических и информационных технологий Сибирского федерального университета (ИКИТ СФУ). Вести школу будут Алина Лесковская — аспирант, инженер-конструктор АО ИСС им.М.Ф.Решетнева, а также ее коллеги: Дмитрий Власов и Борис Дудкин. Контакт для регистрации: leskovskayaav@yandex.ru

Если ваша должность звучит как минимум «Junior FPGA Developer», то с высокой вероятностью вы не узнаете в этом посте ничего для себя нового. Для всех остальных – добро пожаловать под кат.