Напоминаю, что я продолжаю идти к цели — сделать свой собственный Отечественный Процессор (TM). Продолжение процесса разработки можно посмотреть под катом.
На днях японская автоматическая станция Хаябуса-2 сбросила бомбу на астероид Рюгу. Космическим кораблем управляет радиационно-устойчивая система на кристалле HR5000 (JAXA2010/101) с 64-битным процессорным ядром MIPS 5Kf. На бортовом компьютере работает операционная система реального времени uITRON, одна из семейства RTOS-ов стандарта TRON, который появился в Японии еще в 1980-е годы и заслуживает отдельного поста.
В этой заметке я кратко опишу, что входит в СнК HR5000 и его процессорное ядро, покажу фотографии двух из ключевых разработчиков линеек MIPS 4K и 5K, а также расскажу, как вы можете поиграться дома на плате ПЛИС с «потомком младшего брата» этого компьютера — 32-битным ядром MIPS microAptiv UP, код которого на языке описания аппаратуры Verilog был основан на MIPS 4KEc.
То, о чем говорили сторонники Open Source с 1980-х — свершилось! Сегодня архитектура процессоров MIPS стала Open Source. Учитывая, что такие компании как Broadcom, Cavium, китайский ICT и Ingenic платили MIPS за архитектурную лицензию (право сделать совместимую по системе команд микроархитектурную реализацию) миллионы долларов (иногда более десяти миллионов), это историческая веха. Теперь у RISC/V нет преимущества в этом аспекте, да и ARM придется оправдываться. У MIPS до сих пор есть технические преимущества перед RISC/V — лучшая плотность кода у nanoMIPS, лучшая поддержка аппаратной многопоточности, лучшие бенчмарки на high-end ядрах, более полная экосистема. И 8 миллиардов выпущенных чипов на основе MIPS.
Вот команда разработчиков 64-битного процессорного ядра MIPS I6400 «Samurai» и MIPS I6500 «Daimyo» в Сан-Франциско. Это ядро лицензировала в частности японская компания автомобильной электроники DENSO, поставщик Тойоты:
А вот представители российской компании ЭЛВИС-НеоТек вместе с русскими, украинскими и казахстанским разработчиком ядер MIPS и софтвера для него. ЭЛВИС-НеоТек является как лицензиатом ядер MIPS, так и разработчиком собственного по микроархитектуре ядра, совместимого с архитектурой MIPS. А также аппаратных блоков видео-обработки и алгоритмов распознавания:
Российское MIPS-коммьюнити оказано непосредственное влияние на этот шаг:
Читать полностью »
Перенос программного обеспечения с одной компьютерной архитектуры на другую в принципе, с некоторыми оговорками, дело относительно простое. Здесь на помощь приходят такие общеизвестные инструменты, как autoconf / automake/ libtool / gnulib. Собрать программу из исходников на каком нибудь Raspberry/ARM бывает так же просто, как и на ПК с Ubuntu/x86-64.
А вот как заставить проект ПЛИС разработанный для одной платы работать на другой плате? Там и сама ПЛИС может быть другой и на плате совершенно другие компоненты могут стоять. Простой перекомпиляцией проекта не обойтись.
Расскажу о своем опыте портирования проекта MIPSfpga для платы Марсоход3 с ПЛИС MAX10 Intel. Статьи о проекте MIPSfpga неоднократно появлялись на хабре. Они были так интересны, что мне захотелось и самому попробовать этот проект в имеющейся у меня плате. В своей работе я опирался на хабровские статьи
И многие другие…
Итак, что нужно сделать, чтобы портировать проект ПЛИС на другую плату?Читать полностью »
Год 2017 стал годом больших изменений в зарождающейся экосистеме российской микроэлектроники. Эти изменения заметило даже ранее безразличное к российскому железу общество. Российский чип ELISE для умных камер от ЭЛВИС-НеоТек вышел на удобной плате для разработчиков. Эту плату показали по Первому каналу российского телевидения. C российским процессором Байкалом-Т теперь может поработать любой программист через доступ к серверам удаленной лаборатории, которую байкаловцы создали вместе с МГУ. Российские процессоры от НИИСИ стали использовать для телекоммуникационного оборудования.
Для перехода от единичных успехов к развитой экосистеме необходимо подкрутить образование. В сентябре в Томске прошло совещание, на котором преподаватели и инженеры из Москвы, Сибири, Поволжья, Калифорнии и других мест обменялись опытом в преподавании микроэлектроники. Одновременно там же прошел учебный семинар по SystemVerilog, VHDL, FPGA, CPU IP, на который пришли не только россияне, но и студенты из Китая и Вьетнама, среди которых быстро распостранилась информация, что рядом учат чему-то полезному для их карьеры. Под катом — отчет об этом и сопутствующих событиях. Действующие лица: томские и новосибирские университеты, московские МГУ, МФТИ и МИЭТ, новосибирские лицеи, российская компания МЦСТ, американские MIPS, AMD и National Instruments, британская Imagination и казахский Назарбаевский Университет.
Недавно вышло еще одно печатное издание книжки Харрис & Харрис на русском языке. Это широкоохватывающий ликбез про то, как проектируют микросхемы в компаниях типа Apple и Intel (методология проектирования на уровне регистровых передач с использованием языков описания аппаратуры). До этого печатного издания вышло бесплатное электронное издание этой же книжки, которое стало вирусным — его скачивания дважды завалили британский сайт Imagination Technologies, а посты о книжке на Хабре и Гиктаймс собрали более 300,000 просмотров (1, 2, 3, 4, 5 ). История перевода книжки на русский тоже довольно поучительна — он начался как общественный проект группы энтузиастов: преподавателей российских и украинских университетов, а также русских сотрудников компаний как в Silicon Valley (MIPS, AMD, Synopsys, Apple, NVidia ...) так и в России (НИИСИ, МЦСТ, Модуль ...). Когда вышло первое печатное издание на русском языке, его тоже довольно быстро раскупили и пожаловались, что оно черно-белое. Поэтому следующий принт был цветной, улучшенного качества.
Теперь возникает вопрос: ну хорошо, вы приобрели или скачали бесплатно книжку, поняли основы цифровой схемотехники, языков описания аппаратуры Verilog и VHDL, приобрели вкус писания на ассемблере и разобрались с организацией простейшего конвейерного микропроцессора, а также как все это стыкуется с периферийными устройствами и встроенным программированием. Что делать дальше?
На снимке — Татьяна Волкова, сотрудница образовательных программ компании Samsung в Московском Физико-Техническом Институте
Читать полностью »
Перевод коллективной статьи Practical experiences based on MIPSfpga, не так давно представленной Сарой Харрис на симпозиуме в Торонто. Приводится подробное описание MIPSfpga 2.0, релиз которой состоялся 3 июля 2017 года. Основное, на мой взгляд, отличие по сравнению с версией 1.3: пакет лабораторных работ расширен набором, ориентированным на внутреннюю работу процессора. Так что, если вы хотите узнать, как работает современное ядро, то MIPSfpga 2.0 — это ваш выбор для качественного самообразования. Крайне полезной данная статья будет для преподавателей ВУЗов — подробно и с примерами рассматривается вопрос интеграции MIPSfpga 2.0 в учебный процесс, включая ее соответствие Методическим рекомендациям IEEE/ACM для программ бакалавриата в области вычислительной техники.
Предоставленная Imagination Technologies документация на MIPSfpga очень хорошо и подробно описывает развертывание Linux. Но используемая при этом система на кристалле построена с помощью Xilinx-специфических периферийных модулей. Потому ее повторение на отладочной плате с ПЛИС Altera в исходном виде представляется невозможным. Решением является система на кристалле MIPSfpga-plus с ее платформонезависимой периферией. О том, как запустить на ней Linux, читайте в этой статье.
Есть несколько событий и тем, которыми хотелось бы поделиться с сообществом. По-хорошему, по каждой можно писать отдельную статью, но общий дефицит времени заставляет немного схалтурить. Наши сегодняшние темы:
Если тематика MIPSfpga-plus вам не безразлична, то в конце есть небольшой опрос на тему чего мне писать (или не писать) следующую статью. Ваш выбор поможет мне сориентироваться и расставить приоритеты. Welcome!
В первой части я описал на примере cmoda7 как портировать MIPSfpga (Портирование MIPSfpga на другие платы и интеграция периферии в систему. Часть 1) на FPGA платы отличные от уже портированых среди которых такие популярные как: basys3, nexys4, nexys4_ddr фирмы Xilinx, а так же de0, de0_cv, de0_nano, de1, DE1, de10_lite, de2_115, DE2-115 фирмы Altera(Intel), во второй части как интегрировать клавиатуру Pmod KYPD (Портирование MIPSfpga на другие платы и интеграция периферии в систему. Часть 2).
В этой части добавим к MIPSfpga-plus встроенный АЦП, и популярный LCD от Nokia 5100.
С предыдущих частей можно сделать вывод, что интеграция периферии в MIPSFPGA состоит из пять основных этапов:
Как я уже говорил плата cmodA7 имеет встроенный АЦП, pin 15 и 16 используются в качестве аналоговых входов модуля FPGA. Диапазон работы встроенного АЦП от 0-1V, поэтому используется внешняя схема для увеличения входного напряжения до 3.3V.
Эта схема позволяет модулю XACD точно измерить любое напряжение от 0 В и 3,3 В (по отношению к GND). Чтобы работать с АЦП в Vivado существует блок IP (интеллектуальной собственности) Xilinx, с помощью которого можно будет просто его интегрировать в нашу систему MIPSfpga.
Читать полностью »
