Собственно что такое FPGA/CPLD/PAL и т.д. в простом объяснении — это самая обычная программируемая логика. Собственно многие задачи можно решить кучей способов: написать прошивку для микроконтроллера, довесить к нему недостающие интерфейсы (и обнаружить, что производительности не хватило, и операцию, которую надо было выполнить за 1 период тактового сигнала, выбраный МК просто не успевает сделать), вспомнить институтский курс цифровой логики, продумать управляющий автомат (упростив при этом ДНФ из 15-30 элементов, гыгы), набрать всё это на К155/133/1555 микросхемах, получить плату размером с лист А4, потребляющую пару ампер, а можно всё это запихнуть в одну микросхему ПЛИС и не мучаться. Это конечно крайности.

В чем же различия между всеми этими ПЛИС? Ответ простой — в возможностях. Простейшая программируемая логика (PAL) представляет собой две большие матрицы элементов И и ИЛИ, соответственно соединяя их разными способами на ней спокойно можно сделать несложное устройство. Эти микросхемы на сегодняшний момент стоят копейки и позволяют заменить рассыпуху простейшей логики на плате одной микросхемой. Их минус — малая логическая емкость, отсутствие всяких вкусностей типа встроенной памяти и т.д. Как результат — что-то объемное на них сделать довольно сложно, не хватит емкости, да и программатор нужен специальный. Кстати, частенько эти мсх. Оказываются ещё и однократно программируемыми. Зато стоят копейки.

Далее CPLD – это уже вкуснее, теперь у нас есть куча таких матриц, плюс есть готовые триггеры, все это объединено в так называемые «Макроячейки», которые могут соединяться между собой. На борту этих микросхемм появляется конфигурационная память, что позволяет быстро переконфигурировать её (например, для устранения ошибок, расширения функционала и т.д.). В чем минус? Обычно встроенное конфигурационное ПЗУ выдерживает малое число перепрограммирований — около 100. Соответственно отлаживать «в железе» такое устройство может стать недешевым удовольствием.

Следом уже идет ПЛИС типа FPGA – конфигурационная память тут как правило вынесена из микросхемы, соответственно проблем с «ой блин, мы допрошивались» исключается — убили конфигурационную ПЗУшку — сдули и напаяли новую. Также у FPGA обычно бОльшая емкость, т.е. можно больше всего запихнуть вовнутрь. Прогресс на месте не стоит и в FPGA можно обнаружить встроенную память, встроенные умножители(а умножение в МК это частенько больная тема) и т.д. Даже процессорные ядра (например два ядра PowerPC в одной мсх.). К томуже есть готовые блоки (часть бесплатная, часть платная), которые позволяют упростить поставленные задачи (готовые USB/PCI/PCI-express/USART модули, готовые процессорные ядра и т.д., кто хочет знать, что есть — добро пожаловать на http://www.opencores.org). Всё это выглядит вкусно, разочаровывают несколько фактов — во-первых стоимость (простенький первый циклон — 200р по карте мастеркард =), во-вторых, из-за особенностей архитектуры и внутренних соединений, полностью использовать емкость FPGA довольно сложно, хорошо, если удасться использовать 80-90%.

Для чего хорошо использовать плис? Для создания девайса, алгоритм работы которого особо сильно не меняется, для ухода от зависимости от элементной базы (сегодня эта мсх. выпускается, а завтра её с производства сняли и всё), для реализации устройства, в котором нам чертовски важны скорости выполнения поставленной задачи, для создания всяких SOPC девайсов.

Что в ПЛИС хорошего? Много чего, к примеру можно сделать аппаратный кодировщик видео, который будет на сжатие кадра тратить ровно 1 период тактовой частоты, логический анализатор каналов на 200, генератор всяких импульсов заданной формы с управлением от ПК.

Что надо сразу вбить себе в голову? На ПЛИС все операции выполняются… одновременно. Это будет небольшим препятствием тем, кто вжился в программирование МК. Зато исчезнет проблема с прерываниями (а вот прилетел пакет данных от ПК, а у нас тут критическая задача, её прерывать нельзя, блин.. а от ПК тоже надо прям щяс обработать…) Хотите одновременно мигать светодиодом, принимать данные, управлять двигателем и т.п. – да не вопрос!

Так собственно вопрос, а как начать мучать эту ПЛИС? Легко! Ставим для начала себе Altera Quartus II WebEdition (у кого есть полный может ставить его). Для этого надо будет зарегистрироваться на сайте альтеры. При регистрации можно писать откровенную чепуху, всеравно проверяет робот. Для обладателей «помегабайтного трафика» сразу разочарование — квартус весит около гигабайта.

Поставили? Запускаем, ждем, сообщаем квартусу, что мы не переходим на него с MAX++ и что мы не хотим ставить себе имеющиеся у нас дополнительные IP лицензии (всеравно у нас их пока нет).

Теперь создадим новый проект. File → New project wizard. Нам в краце опишут, что сейчас будет, на это ждем Next.

А теперь уже надо включить мозг, и решить, где будем создавать наш новый проект.

Во первых выберем Working Directory нашего проекта. У квартуса есть готовая папка с примерами «qdesigns», лежит она на уровень выше квартуса — по дефолту altera\[version]\qdesigns. Создадим в ней новую папку (ну например meganew) — это и будет нашей рабочей директорией.

Создали и выбрали? Теперь укажем имя проекта, тут уж на ваш вкус, к примеру learn. Хитрая софтина сама заполнит имя модуля верхнего уровня (третья сточка), согласимся с ней, запомнив, что мы ввели — т.к. модуль с таким именем у нас в проекте будет главным, и без него компилировать проект квартус откажется.

Смело жмем next, квартус предложит подключить к проекту имеющиеся исходники, поскольку у нас их нет, то снова жмем next. Софт предложит выбрать ПЛИС, под которую мы будем писать. Пока мы не вышли на уровень железа нас это мало волнует. Такчто выберем что-нить из Cyclone. Жмем next.

Теперь нам предлагают выбрать используемые инструменты (компилятор/синтезтор, среду моделирования, среду оценки временных параметров). Пока нам хватит встроенных средств, ставим везде None и жмем next. Получаем итоговый список, чего мы навносили, жмем finish.

Теперь создадим наш модуль верхнего уровня. File->New. В красивом окне выберем Verilog HDL file. Всё, можно писать =). Назначение прочих пунктов этого меню я объясню позже, пока нам хватит и этого пункта.

А теперь собственно почему именно Verilog HDL, а не AHDL или VHDL? AHDL специфичен только для ПЛИС фирмы Altera (не сложно догадаться по первой букве), что сужает его применение. Почему не VHDL? Он довольно сложный и придирчивый, к томуже он мало похож на языки программирования, которые знает большинство. А вот Verilog довольно красиво перекликается с C (за исключением уродских паскалевских begin/end, они тут вместо красивых { }) Да и VHDL я плохо очень знаю =)

Напишем простейший hello-world, и на его примере разберем синтаксис Verilog-а.

module learn (a,b,c,d); //помните, какое мы задали имя для модуля верхнего уровня?
input a,b;
output [7:0] c,d;

assign c=(a)?8′hCA:8′hFE;
assign d=(b)?8′hBA:8′hBE;

endmodule

Собственно, а что мы только-что написали? Простейшую схемку, которая по входными сигналам a и b выдает на выходы c и d различные константы.

Теперь приступим к построчному описанию.

module learn(a,b,c,d); – этой сторой мы начали описание модуля learn, в скобках мы указали его порты.

input a,b; – тут мы объявили, что порты a и b будут входами, поскольку разрядность мы не указали, то среда создаст их одноразрядными.

output [7:0] c,d; – а это объявило порты c и d выходами с разрядностью равной 8. Как несложно догадаться разрядность указана в скобках от старшего к младшему биту.

assign c=(a)?8′hCA:8′FE; – эту строчку мы рассмотрим в следующей главе, пока примем на веру, что это условное присваивание.

А вот странные 8′hCA мы рассмотрим сейчас — это представление чисел. По умолчанию, если написать, к примеру, 87 среда выделит под число 32 разряда и будет его трактовать как десятичное. Расшифруем запись. До одинарной кавычки идет кол-во разрядов (8), далее представление числа (binary, decimal, hex),у нас это шестнадцатеричное. А следом само число.

Завершает модуль строка endmodule – конец модуля. Кстати, после неё «;» не ставится никогда.

Продолжение завтра в тоже время =)

В краце:  завтра стартую с вводной главы, про то «шо енто такое и с чем его есть» . Все будет писаться на примере Alterы с еёйным Quartus-ом. По началу никакой аппаратной базы не потребуется, далее хватит любой FPGA со свободными выводами в кол-ве 20-30 штук и наличием доступа к JTAG-у (или демоборды, с ней ещё проще будет). Полезным бонусом будет наличие знаний по C (всетаки Verilog тащит многое по написанию оттуда).  Заранее – CPLD тоже можно использовать, но нежелательно – во первых малая емкость, во вторых мало число циклов перезаписи. А можно и не использовать железо вообще

План глав:

1) Что это такое,  различия между fpga, cpld, pal, и прочей программируемой логикой. Что надо сразу выбросить из головы, чтобы не мешало. Базовый синтаксис Verilog-а

2) Асинхронная логика (тут будем делать аналоги всяких простейших мсх. типа К155ЛА3, сумматоров и т.д. )

3) Синхронная логика (always, регистры, счетчики)

4) Упрощение свой жизни – тестовые стенды (автоматизация тестирования)

5) Упрощение жизни – циклы, копирование участков кода, функции, задачи

6) Конечные автоматы (мастхев, это база всего, что сложнее вантуза)

7) Вкусности, которые за нас уже сделаны (работа с готовыми IP блоками – нафига писать контроллер USB, если он уже есть)

Работа с железками (Мигалки светодиодом, часы, и т.п.)

9) Финишь – брейнфак компьютер, если у меня на это духу хватит (но получится забавно, если хватит)

Из софта рекомендую скачать Altera Quartus Web Edition (любая версия, желательно 8.1 и старше, но и 8.0 пойдет) и ModelSIM Altera Edition.  Всё это добро живет на http://www.altera.com

Глава по времени может(и будет скорее всего) занимать более 1 поста. На каждую главу (за исключением вводной) я буду придумывать какие-нибудь простые задачки.

Причина – меня за***** сигейт, ныне торчащий в буке – и греется больше умершего фуджа, и тупит (смарт чистый – но обожает задуматься секунд на 30 (по звуку – ремап, по смарту – фиг)) . Хочется фуджик – но их нету, а прочее я чтото упустил из внимания. В общем, что нынче вкусного на 7200rpm (акромя Сигейтов – хватит этого шлака с меня)

Сегодня классно подохла одна из машинок сборки ДЕПО (кстати, их сборщикам желаю тоже 11 лет аццкой диареи, кем надо быть, чтобы скрутить ДВЕ стойки, вкрутить это дело в системник(причем прочие стойки поставлены нормально)  и поверх этого дела криво прикрутить материнку?)  - отказалась грузиться, вскрыли ,сунули постку, получили FF выругались, посмотрели около сокета процессора – (мать MSI G31M2 (rev 1.0)) там классно вспухли OSTы (обычный алюминий, хотя судя по фотке там должны быть полимерные), на рандом вскрыли ещё парочку консервных банок – во всех вспухли JPCONы. Мать их за ногу, в системниках стоят FSPшные питальники, нормальные бертиляторы и т.п. А это гуано вспухло, причем коллективно.

Вот интересно, эти дятлы из MSI по своей воле изготовили материнки с говном вместо конденсаторов, или их депо попросило? Уже ж все производятлы наобжигались на говноконденсаторах(повторный луч поноса тому инжЫнЭру по кендрингу  из рубикона), и снова здророва, установили говна пачку.

1) Китайцу надо было с покупки менять всю проводку (бо выяснять и подгибать отошедшие контакты мне надоело, плюс нездоровая реакция на влючение лампы тормоза (напряжение проседает на 1 вольт, при этом я вколхозил 9-ач аккумулятор, которому лишние 20вт должны быть пофигу). Чем сейчас и займусь, заодно выкину её из фары и раскидаю по трем коробкам (собственно они и будут дополнять облик мопеда до уровня колхоза). Забавно будет смотреться все это дело, особенно с советскими приборными военными разъемами (они конечно слаботочные, но по паспорту через один контакт можно гнать до двух ампер, а контактов всего 48)

2) Надо было менять реле-регулятор, бо его эффективность у меня под большим вопросом (при включеном освещении заряд как таковое не идет, напряжение на борту 12.2в, через аккум течет чтото около 10мА), с учетом того, что родную оптику я заменил на оптику от ваз2106 (тупо – она лучше и Osram Standart H4 стоит дешевле китайской 35W/35W для родной фары), а там 55W/60W, боюсь как бы тут РР вообще медным тазом не накрылось. Наверное сколхожу оное из дохлого компутерного БП на TL494, благо под боком их тонна лежит.

3) А зажигание у меня батарейное (чего на дельта-образном китае отродясь не встречалось, чтож, статус-кво компани видать знатно выпендрилось, надеюсь в генераторе хотябы катушка для CDI осталась, батарейный модуль я не нашел нигде, а запасную запчасть иметь хочется)

4) Резина на 17 это зло, если на Украине хотябы присутствует кенда и прочий полу-китай, то в МСК я либо напарываюсь на заваленые китаем сокольники, либо на очередную пирелли по 5т.р. за шину. Брать китай по 600р нет желания (тело свое дороже, плюс по сообщениям с той-же Украины та резина с трудом проезжает 1000км), брать резину, цена комплекта которой почти половина стоимости мопеда – душит жаба, а совковой резины на 17 тупо не существует. Впрочем сам алень, думать надо было при покупке.