Некоторое время назад в одном из новостных FPGA дайджестов было небольшое упоминание о FPGA конференции.
Так вот, конференция состоялась 28 ноября 2020 года, и этим постом я бы хотел поведать вам об этом «немаловажном» для отечественного FPGA сегмента событии. Постараюсь рассказать обо всём «от идеи до реализации».
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.
Всех, кто работает с софт-ядрами, наверное, можно разделить на две категории: первые хотят запустить на своем ядре Linux, вторые — DOOM. Я отношусь ко второй: идея запустить DOOM на ядре YRV, что я синтезирую на отладках, любезно предоставленных FPGA-Systems.ru, преследует меня постоянно и не дает спать.
Как запустить DOOM с ходу, непонятно, ведь у меня все-таки некоммерческий микроконтроллер. Поэтому начну с подготовительного упражнения, чтобы понять, что возможно реализовать на аппаратной части. Когда мы говорим про DOOM, то вспоминаем другие игры любимой компании id Software — Wolfenstein 3D, Catacomb 3D и Hovertank 3D. В них все начинается с алгоритма отсечения лучей (raycasting), с которым и будем поработать. С raycasting можно получить и doom-образный геймплей, надо лишь улучшить разрешение и текстуры.
Осенью стартовал новый поток Школы синтеза цифровых схем — нашей бесплатной образовательной программы о современных приемах проектирования цифровых микросхем. От серийных ASIC и микропроцессоров общего назначения до реконфигурируемых FPGA и специализированных вычислителей. По этим и связанным темам выпущено немало профессиональной литературы. Мы попросили преподавателей Школы — Юрия Панчула и Александра Рябова — выбрать книги, которые помогут при обучении в школе и самостоятельном освоении синтеза цифровых схем.
На просторах интернета есть несколько статей об алгоритме получения хеш-функции Стрибог (ГОСТ 34.11-2012), в том числе и на Хабре. Однако везде в качестве примера приводится реализация на языках программирования C, C#, Python и других. То есть идет последовательное выполнение операций алгоритма. В данной статье я хочу затронуть аппаратную реализацию на языке System Verilog, уделить внимание распараллеливанию вычислений и описанию интерфейсов модулей. Для начала кратко рассмотрим теорию.
В субботу прошло первое занятие Школы Синтеза Цифровых Схем. Записалось 650 человек в 15 городах России и Беларуси, пришли 400 (250 офлайн и 150 онлайн). Российский флаг на мониторе нарисован комбинационной логикой FPGA (первое что пришло в голову рисовать студентам сразу в двух кластерах). Вообще обычно на первом занятии мигают светодиодами, но мы решили пойти дальше и показали им как рисовать картинки. Для этого два счетчика формируют X и Y, а задача студента - реализовать функцию RGB (X, Y).
Из-за наличия зоопарка плат, версий Windows и Linux, а также EDA софтвера, глючных программаторов, и при этом свежих и недотестированных bash-скриптов, возникла ситуация полного ада, особенно у онлайн-пользователей (преподаватели на местах героически справлялись). Возникла ошибка, которая меня реально удивила. И не только меня:
puts "ПЛИС-культ привет, FPGA / RTL / Verification ХАБ!"
Последние несколько месяцев я плотно сижу в Vivado и Tcl и вот решил с вами поделиться своими "открытиями" в области отладки Tcl скриптов, которые вероятно не многие из вас вообще пишут или используют в своей работе.
Несмотря на свою архаичность, Tool Command Language все же остается самым востребованным языком управления средой проектирования для ПЛИС и ASIC. ЕМНИП все эти инструменты управляются через Tcl, Vivado так уж точно, поэтому было бы не плохо научиться или хотя бы посмотреть какие инструменты отладки этих самых пресловутых Tcl-сценариев вообще существуют или существуют ли они вообще, кроме православного puts
В этой заметке, я постараюсь вам показать, что advanced tcl debugging - это не миф, а вполне реальная сущность, которая была создана еще на заре двухтысячных и не то что бы эта сущность как-то изменилась за эти 20 с небольшим лет.
Однажды, вечером, в очередной раз прочитывая чатик в телеграмме по теме Embedded + FPGA, я увидел обсуждение очередной отладочной платы с Zynq 7000 на борту. Описание выглядело очень любопытно. Полистав документацию на плату, посмотрев описание - я заинтересовался еще больше, вспомнил сразу про ограничения платы QMTech и понял, что данная отладка лишена всех тех недостатков, что были у QMTech. Сразу в голове созрел контент-план и понимание того, что изучая возможности этой платы можно написать много интересных статей для новичков :) Я тут же заказал эту плату, и решил, что пришло время вернуться к изучению возможностей отладочных плат с Zynq. И первым шагом на пути моего возвращения в написание статей я решил сделать небольшой обзор этой платы с рассказом о том, почему она меня заинтересовала, и что в ней интересного. Всем любопытным - добро пожаловать!
Недавно мы применили плату Ethond в качестве мини-роутера и запустили на нём OpenVPN.
Но обнаружилось, что процессор часто нагружается на 100%, а скорость не поднимается выше 15-16 Мбит/с. На канале связи 100 мегабит это очень мало, поэтому мы решили ускорить процесс аппаратно.
Ребята из группы FPGA-разработчиков сделали прошивку на базе открытого IP-core для Altera CycloneV с реализацией шифра AES-128, которая умеет шифровать 8 Гбит/сек и дешифровать 700 Мбит/сек. Для сравнения, программа openssl на CPU (ARM Cortex A9) того же CycloneV может обрабатывать лишь около 160 Мбит/сек.
Эта статья посвящена нашему исследованию по применению аппаратного шифрования AES. Мы сжато представим описание криптографической инфраструктуры в Linux и опишем драйвер (исходный код открыт и доступен на github), который осуществляет обмен между FPGA и ядром. Реализация шифрования на FPGA не является темой статьи — мы описываем лишь интерфейс, с которым происходит взаимодействие c акселератором со стороны процессора.
Здравствуйте меня зовут Дмитрий сегодня мы продолжим исследование FPGA плат. Мы напишем контроллер HDMI интерфейса для Altera Cyclone.
Итак, давайте начнем.
