Virtual FPGA Lab

مختبر FPGA الظاهري

• تطوير منطق FPGA في متصفحك!
• تشغيل على FPGA الخاص بك!
• شارك مع الآخرين!

مراجع

يقدم هذا المستند مختبر FPGA الظاهري. ستساعدك المستندات المنفصلة في:

• تدريب FPGA باستخدام هذه المنصة
• التصدير إلى لوحة FPGA الخاصة بك (إذا كان مدعومًا)

محتويات

ملخص

حول Makerchip

ما الذي يجعل مشروع FPGA LAB Virtual Virtual FPGA خاصًا؟

أظهرت لوحات FPGA

FPGA الطرفية الكلية

• SELECT
• وحدة LED
• سبعة شاشات شاشة
• وحدة LCD
• عرض VGA
• أزرار الضغط
• slideswitches

أمثلة

تصحيح بصري

• كيف تم تصميم التصحيح البصري؟
• أمثلة
  • تصور البوابات المنطقية
  • تصور شاشة LCD 16x2

كيفية إضافة لوحات FPGA الخاصة والأجهزة الطرفية

• إضافة لوحة FPGA مخصصة
• تواصل LEDs

خطوات للتشغيل في FPGA الفعلي

النطاق المستقبلي

المساهمين

المساهمة

رخصة

ما هي FPGAs؟

جديد على FPGAS؟ صفائف البوابة القابلة للبرمجة (FPGAs) هي دوائر الأجهزة التي يمكن برمجتها لتنفيذ عمليات منطقية. أنها توفر بقعة حلوة بين تنفيذ الخوارزميات في البرامج وتصنيع الدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيق (ASIC). أنها توفر عمومًا أداءً أفضل بكثير وكفاءة الطاقة من تطبيقات البرمجيات ، وتتطلب وقتًا أقل بكثير من الوقت والنفقات لتنفيذها من ASIC. يمكن إعادة برمجتها حسب الحاجة لترقية الوظائف أو إصلاح الأخطاء ، حتى بعد النشر للعملاء (في "الحقل"). تعتبر FPGAs مفيدة أيضًا للدوائر المتكاملة الخاصة بتطبيق النماذج الأولية (ASICS) أو المعالجات.

نظرة عامة على المختبر الافتراضي

على الرغم من أنه يمكن الوصول إليه أكثر بكثير من ASIC ، إلا أنه لا يزال من المفيد بعض الشيء ويصعب تعلمه للمبتدئين والطلاب. هذا هو المكان الذي يأتي فيه هذا المشروع ... وليس فقط للمبتدئين.

يعتمد هذا المشروع على كل قوة وسهولة استخدام MakerChip IDE ويضيف الراحة لتطوير FPGA. على وجه الخصوص ، نستفيد من ميزة التصحيح المرئي لـ MakerChip لتوفير تصورات FPGAs والأجهزة الطرفية الخاصة بها ، وبالتالي تحاكي تجربة المختبر المادي. ولكن أفضل من التجربة الفيزيائية ، لديك أيضًا فوائد التطوير القائم على المحاكاة: التجميع السريع (لا يوجد توليف ، مكان وتجارة ، و bitstreams) ، والرؤية الكاملة لجميع قيم الإشارة ، والتحكم الكامل للوقت.

يعمل MakerChip على تبسيط التجربة مع دعم TL-Verilog بالإضافة إلى Verilog/SystemVerilog. تعتبر ميزات TL-Verilog أكثر ودودة للقادمين الجدد (ناهيك عن الفوائد التي لا تعد ولا تحصى للخبراء).

في ملخص:

• التعلم السهل: عبر الإنترنت ؛ لا مطلوب لوحة/الأجهزة الطرفية (ولكن مدعومة) ؛ تبسيط بواسطة TL-Verilog و MakerChip.
• قوي للخبراء: (للتنمية مفتوحة المصدر) يعزز المختبر الافتراضي أدوات البائعين مع فوائد تطوير MakerChip والتكامل الافتراضي FPGA/Ophoral.
• البائع-العظم: أنت تصمم تعمل على أي لوحات FPGA مع الأجهزة الطرفية المتوافقة. (على الرغم من أن الألواح المدعومة حاليًا تستند إلى Xilinx.)
• التصدير: رمز في المختبر الافتراضي يعمل على FPGAs الحقيقية !!!
• المصدر المفتوح: مرخصة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

مدعومة لوحات FPGA

1. Zedboard ZynQ-7000 ARM/FPGA SOC Board (رابط المنتج)
2. Edge Atix 7 FPGA Board (رابط المنتج)
3. BESYS 3 ANTIX-7 FPGA Trainer Board (رابط المنتج)
4. كاسحة الجليد FPGA (رابط المنتج)
5. Nexys A7 (رابط المنتج)
6. واضح (مقال) (لا تدفق FPGA المادي)

نوضح حاليًا استخدام هذه المجالس فقط ونخطط لإضافة المزيد من الألواح في المستقبل. يمكنك بسهولة إضافة لوحات FPGA الخاصة بك. المساهمات موضع ترحيب.

تدفق التنمية

فقط انقر هنا ، واذهب! (انقر بزر الماوس الأيمن لفتح في علامة تبويب جديدة.) تعرّف الإرشادات أدناه.

يمكنك أيضًا البدء من أي من مشروع مثال هنا.

بالتناوب ، خاصة بالنسبة لاستخدام FPGA المحلي ، يمكنك استخدام تطبيق MakerChip-APP لتحرير الملفات على جهازك المحلي (حيث يمكنك الحفاظ على مستودع GIT وتشغيل تدفقات FPGA).

بمجرد قيامك ببعض المنطق في المحاكاة ، ستتمكن من تصدير التصميم الخاص بك إلى أي لوحة FPGA المادية المدعومة باستخدام هذه التعليمات.

قالب بدء

 m4_TLV_version 1d: tl-x.org
SV
   m4_include_lib(['https://raw.githubusercontent.com/BalaDhinesh/Virtual-FPGA-Lab/main/tlv_lib/fpga_includes.tlv'])
   
   m4_lab()

   // ... SystemVerilog or TL-Verilog FPGA logic goes here ...
   
TLV
   /board
      // Board selection:
      // 0: M4_FIRST_CLAAS_ID
      // 1: M4_ZEDBOARD_ID
      // 2: M4_ARTIX7_ID
      // 3: M4_BASYS3_ID
      // 4: M4_ICEBREAKER_ID
      // 5: M4_NEXYS_ID
      // 6: M4_CLEAR_ID
      m4+board(/board, /fpga, 3, *)   // 3rd arg selects the board.
SV

   endmodule

m4+board(...) Macro (و Mistipheral Macros ، مثل m4+lcd(...) ، تحديد الأجهزة).

يوفر m4_lab() مجموعة من الإشارات لإدخال/OS. يجب قيادة/استخدام تلك التي لديها مكونات مقابلة على اللوحة أو الأجهزة الطرفية. وتشمل هذه:

 logic [15:0] led;             // corresponding LEDs are lit when asserted
logic [6:0] sseg_segment_n;   // corresponding segments are lit for selected digit(s) when deasserted 

logic sseg_decimal_point_n;   // decimal point is lit for selected digit(s) when deasserted
logic [7:0] sseg_digit_n;     // corresponding digits are enabled when deasserted

يمكنك رؤية إعلانات الإشارات هذه في التوسع في الخط الواحد لاستئصال الماكرو m4_lab() في علامة التبويب NAV-TLV.

تكوين وقيادة لوحة FPGA والأجهزة الطرفية

سبورة

في قالب البداية ، يمكن استخدام الوسيطة الثالثة أدناه لتحديد اللوحة:

 // Board selection:
// 0 - 1st CLaaS on AWS F1
// 1 - Zedboard
// 2 - Artix-7
// 3 - Basys3
// 4 - Icebreaker
// 5 - Nexys
// 6 - CLEAR
m4+board(/board, /fpga, 3, *)   // 3rd arg selects the board.

تحتوي الألواح على مجموعة فرعية من المكونات التالية ،

بنيت مختبر FPGA الظاهري الوحدات الطرفية

وحدة LED

 // Internal to FPGA - no need to instantiate
// Signals:
// *led - led signal

سبعة شاشات شاشة

 // Internal to FPGA - no need to instantiate
// Signals:
// *sseg_digit_n - common anode signal
// *sseg_segment_n - seven segments
// *sseg_decimal_point_n - decimal point

أزرار الضغط

 // Internal to FPGA - no need to instantiate
// Signals:
// *push - push button signal

slideswitches

 // Internal to FPGA - no need to instantiate
// Signals:
// *slideswitch - switch signal

وحدة LCD

 // External to FPGA - instantiated using
m4+fpga_lcd() 

// Signals:
// *out - 8-bit data/command line
// *lcd_enable - lcd enable signal
// *lcd_reset - lcd reset signal, 0 for command and 1 for data

عرض VGA

 // External to FPGA - instantiated using
m4+fpga_vga()

// Signals:
// *vga_hsync - horizontal sync
// *vga_vsync - vertical sync
// *vga_r - red signal
// *vga_g - green signal
// *vga_b - blue signal

يمكن إنشاء مثيل للأجهزة الطرفية الخارجية وغيرها من وحدات الماكرو m4+ .

أمثلة

إليك بعض الأمثلة التي يمكنك تحميلها في MakerChip. ستجد رمز المصدر في هذا المستودع ضمن أمثلة. (انقر بزر الماوس الأيمن فوق روابط لفتح في علامة تبويب جديدة.)

وحدة LED

سبعة شاشات شاشة

وحدة LCD

عرض VGA

مستشعر درجة الحرارة

مستشعر الضوء

أزرار الضغط

slideswitches

RGB LED

RISC-V الأسطورة الأساسية

كيفية إضافة لوحات FPGA والأجهزة الطرفية

تظهر تعريفات اللوحة في الجزء العلوي من ملف fpga_includes.tlv . يجب أن يكون من السهل بدرجة كافية تفسير هذه المعلمات وإضافة لوحات جديدة بالقدوة. تأكد أيضًا من تحديث جميع قوائم اللوحات المتاحة (والتي يمكنك العثور عليها باستخدام git grep -i zedboard ).

الخطوات المذكورة أعلاه تحديث البيئة الافتراضية فقط. يعد تدفق بناء FPGA المادي مسألة مختلفة ويعتمد على النظام الأساسي ، على الرغم من أن تدفقات البناء المنصوص عليها في المنصة المفتوحة متوفرة ، ونود استخدامها.

نرحب بمساهماتك.

التصحيح المرئي:

يتم استخدام ميزة تصحيح التصحيح المرئي لـ MakerChip لإنشاء مختبر FPGA الظاهري.

يمكنك أيضًا استخدام Visual DeUBG لتصور المنطق الذي يعمل داخل FPGA.

تصور منطق FPGA الخاص بك

من خلال هيكلة الكود الخاص بك لتحديد منطق FPGA الخاص بك في TL-Verilog (والذي لا يحول دون استخدام Verilog/SystemVerilog النقي) ، يمكنك إضافة التصور إلى منطقك.

إليك هيكل رمز عينة.

 ...
SV
   m4_lab()

TLV my_fpga_logic(/_fpga)
   // ... Your TL-Verilog FPGA logic along with it's visualization ...

TLV
   /board
      m4+board(/board, /fpga, 3, *, , my_fpga_logic)
...

يمكن العثور على وثائق التصحيح المرئي والأمثلة داخل MakerChip IDE.

خطوات للتشغيل في FPGA الفعلي

يتم توفير إرشادات مفصلة خطوة بخطوة في هذا الرابط. يذهب الائتمان إلى Mayank Kabra لمساعدتي في بناء هذا الجزء.

LED Demo: Link

الإخراج في MakerChip ولوحة FPGA الفعلية:

النطاق المستقبلي

• لدعم المزيد من لوحات FPGA والأجهزة الطرفية.
• يدعم البرنامج النصي الآلي SHELL الذي يحول رمز TL-V لتشغيله في FPGA الفعلي حاليًا فقط لوحات Xilinx مع برنامج Vivado. لذلك لتوفير البرامج النصية التي تستهدف البائعين الآخرين وكذلك باستخدام أدوات مفتوحة المصدر. ربما سيكون من الحكمة استخدام exedalize.

الروابط

منشور مدونة على مختبر FPGA الظاهري هذا

منشور المدونة

بيئات مماثلة

في جهودنا ، صادفنا المشاريع التالية ذات الصلة. (المظهر في هذه القائمة ليس تأييدًا ، مجرد اعتراف بأننا لسنا وحدنا.) أعطنا طلب سحب مع أي شخص آخر.

• FPGA عرض معمل FPGA الظاهري الذي يحركه Tracefile مع Touch UI لـ iPad في البداية ، بقلم Martin Fink
• بيئة مختبر FPGA الافتراضية بعيدة توفر وصولًا متعدد المستخدمين إلى كل FPGA ، من تأليف ألكساندر ماجياري.
• Web FPGA مشروع تموله الحشود لتوفير وصول المتصفح إلى FPGA المحلي عبر WebUSB. رائع جدًا ، على الرغم من أنه يبدو أن المتصفحات قد أزالت الدعم لـ WebUSB لأسباب أمنية.
• مختبرات تهبط خيار تجاري للمختبرات الافتراضية.

الرعاة

تم رعاية هذا العمل من خلال مؤسسة OSFPGA و Google Summer of Code (GSOC) 2021 (مع مؤسسة السيليكون المجانية والمفتوحة المصدر (FOSSI) كمنظمة مظلة GSOC) ، مع إرشادات من Redwood EDA ، LLC ، مع دعم التدريب من تصميم نظام VLSI.

                    

المساهمين

• أكوس هادناجي ، معلمه الأساسي
• ستيف هوفر ، معلم ؛ مؤسس ورئيس تنفيذي ، Redwood EDA ، LLC
• ديلان ماكنامي ، مستشار
• Bala Dhinesh ، المساهمة كمشارك في Google Summer of Code 2021.
• شيفاني شاه ، طالب في المعهد الدولي لتكنولوجيا المعلومات ، بنغالور
• مايانك كابرا ، طالب في المعهد الدولي لتكنولوجيا المعلومات ، بنغالور

المساهمة

المساهمات هي التي تجعل مجتمع المصدر المفتوح هذه السيارة المذهلة للتعلم وإلهامها وإنشائها. أي مساهمات تقدمها موضع تقدير كبير . مجد لتقديم الحشرات. أعمق شكر لإصلاحها والمساهمة بميزات جديدة ودعم لوحات جديدة.

رخصة

موزعة تحت رخصة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. انظر الترخيص.