FPGA *

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!

На этой неделе я закончил работу по добавлению поддержки SDRAM в проект MIPSfpga-plus. Теперь при работе с MIPSFpga помимо блочной памяти, ограниченной ресурсами ПЛИС, доступно еще и внешнее ОЗУ.

Данная статья состоит из 2 частей:

Часть 1. Краткое описание модуля доступа к SDRAM. Пример использования.
Часть 2. Подробное описание работы с памятью, достаточное для того, чтобы в работе модуля смог разобраться человек, ранее не имевший дела с микросхемами ОЗУ. Список литературы.

Предполагается, что читатель как минимум:

• знаком с предметной областью в объеме учебника Харрис-энд-Харрис [1];
• имеет опыт программирования на C, ассемблере, использования gcc;
• имеет минимальный опыт работы с MIPSfpga. Не имея такого опыта, будет логичным начать с более простых вещей, и лишь затем думать о том, как использовать ОЗУ в своей системе.

Если вы уже опытный разработчик, то Часть 1 стоит пробежать глазами по диагонали, Часть 2 — не содержит для вас ничего нового. При этом вы можете принести несомненную пользу обществу, если добавите поддержку SDRAM для еще одной отладочной платы. На текущий момент она реализована только для Terasic DE10-Lite — одной из 9 плат, на которые в рамках проекта MIPSfpga-plus было портировано ядро MIPSfpga.

Многие современные вычислительные задачи, в частности повсеместная обработка изображений и звука или работа с матрицами для ИИ, хорошо поддаются параллелизации на уровне данных.  Чтобы ускорить такие вычисления, производители процессоров добавили в архитектуры специальные SIMD инструкции, которые позволяют работать за одну инструкцию сразу с несколькими элементами.

В процессорах архитектуры x86 SIMD инструкции добавляются по принципу ad hoc. Из-за такого подхода, легаси и требований обратной совместимости в x86 накопилось много проблем.

Архитектура RISC-V относительно молодая, и при её разработке учтён прошлый опыт. В основе подхода к SIMD в RISC-V заложили идею чистого векторного процессора.

В этой статье рассмотрим основные принципы работы векторного процессора и базовые векторные операции с памятью и арифметикой.

Несмотря на то, что предпосылки к отставанию закона Мура от экспоненты обсуждаются ещё с 90‑х, сам закон, с рядом оговорок, справедлив и в наши дни. Это приводит к тому, что если человек поступил в университет в 2010 году, то первые микроконтроллеры STM32F1, выпущенные в середине 2007 года, имели заметные шансы не попасть в его учебные курсы. Как, впрочем, и памяти DDR3 (стандарт также вышел в середине 2007‑го). В момент же получения человеком диплома в 2015‑ом, стандарту DDR4 исполнилось бы три года, STMicroelectronics только что выпустила бы серию STM32F7 со встроенным графическим модулем, а сами STM32 уже два года как имели возможность программироваться при помощи MATLAB и Simulink, минуя код на Си (если верить рекламе).

Подобное положение вынуждает динамично актуализировать знания.

Академические курсы не всегда успевают за прогрессом. А их первоисточник — техническая документация — бывает крайне обширна. Например, базовая документация на микроконтроллеры STM32F103xB насчитывает 1252 страницы. Помимо неё имеются ещё 54 документа типа application note и десятка полтора документов других типов. Поэтому достаточно востребованным источником знаний оказываются профильные сообщества.

Для эффективного получения знаний в подобных сообществах проблема должна быть сформулирована максимально качественно. Ещё в 2001 году появилось (и было переведено на множество языков) фундаментальное руководство «Как правильно задавать вопросы на технических форумах». Представляется, что тезисы данного руководства во многом универсальны и актуальны как для сообществ программистов, так и для сообществ электронщиков, туристов, кулинаров или художников. Однако столь же универсален феномен, когда ответ на сформулированный в соответствии с духом этого руководства вопрос, оказывается не ответом по существу, а чем‑то «идентичным натуральному ответу по существу». Об этом феномене и пойдёт речь в настоящей статье.

В 2015 году скачивания первого русского издания учебника Харрис & Харрис завалили сайт британской компании Imagination Technologies. Книгу стали использовать в МФТИ, ВШЭ МИЭМ, МГУ, МИЭТ, ИТМО и других вузах. С тех пор вышло еще два издания - для ARM и для MIPS, и вот в январе 2022 года выходит новое - для RISC-V и оно уже доступно для предзаказа.

"Цифровая схемотехника и архитектура компьютера: RISC-V" вероятно станет стандартным учебником в российских вузах, как и источником информации для тех, кто хочет попроектировать процессоры на ПЛИС. Ничего лучшего на рынке нет. Паттерсон-Хеннесси не привязан к курсам по языкам описания аппаратуры и не обсуждает тайминг цифровой логики, а Таненбаум устарел.

Кроме этого, архитектура RISC-V становится билетом в будущее для российских процессорных компаний - Ядро купило Syntacore, Байкал Электроникс инвестировал в CloudBear, Миландр выпустил микроконтроллер с архитектурой RISC-V.

Если же вы не хотите работать в российских компаниях, а хотите пройти интервью на проектировщика чипа в Apple, Intel, NVidia, то и в таком случае учебник Харрисов - это самый эффективный способ начать этот путь.

Когда я видел на Хабре упоминание о ПЛИС Lattice, у меня всегда возникал простой вопрос: «А зачем ещё одна ПЛИС?». Вроде всю жизнь хватало пары базовых. Но полгода назад случилось то, что сняло этот вопрос для меня. Пришёл Заказчик и сказал: «Мы делаем проект на ECP5». Против требований Заказчика не попрёшь!

А пока я осваивал работу с этим железом и пытался понять, как обосновать необходимость попробовать то же самое для остальных, мой знакомый, ныне живущий в Штатах, обрадовал новостью, что у его любимого поставщика подходит к концу запас десятых Циклонов и шестых Спартанов. В целом, через три года будет построен новый завод Intel, но что именно там будут производить, он не в курсе. И три года продержаться в любом случае, будет нужно. Короче, сейчас надо иметь возможность быстро мигрировать с одной ПЛИС на другую.

Итого, вчера делать ознакомительную статью про Lattice было рано, завтра – может быть поздно.

Сегодня я расскажу, где купить более-менее дешёвые платы для опытов, как быстро освоить Open Source среду разработки и какие готовые проекты осмотреть в первую очередь.

1. Общее впечатление

• Рассмотрим общие сведения об архитектуре БК-0010
• Поговорим об интерфейсах, о том, как их создавать и как с ними работать.
• Создадим несколько вспомогательных IP, внешний вид и характеристики которых меняются в зависимости от параметров.

Пока одни пытаются учить других как надо что-то там делать на ПЛИСах, я продолжаю постигать дзен в имплементации никому ненужных идей не несущих какой-либо практической ценности. Я уже делал и сумматор с одним уровнем логики, и рисовал картины-на-кристалле виваде, и делал ненормальное проектирование в вивадском ECO флоу (txt, видео), и даже делал Трахтенберга на ПЛИСах.

Сегодня мы продолжим путь издевательства над нашей дорогой областью программируемой логики и попробуем што-то новенькое: а именно мы перевернем типичную фразу "Да у нас в плис все параллельно" и сделаем последовательный сумматор на одном Full Adder, но который может складывать числа любой положительной разрядности ну на оооочень высокой тактовой частоте доступной простой смертной логике.

И снова здравствуй, Хабр! Мы добрались до второй части повествования о параллельном запуске двух ОС на FPGA с процессорной подсистемой. 

В этой статье мы сначала определим минимально необходимые компоненты для запуска Embedded Linux. Затем осуществим сборку под ARM стандартными инструментами производителя и под Soft-CPU «вручную». И наконец, подготовим загрузочный носитель, чтобы подойти во всеоружии к запуску и верификации проекта, которые ожидают нас в заключительной части цикла.