Не знаю кому как, а меня прошедший 2017 год шокировал стремительным взлетом биткоина. Сейчас, конечно, ажиотаж уже ушел, а в 17-м году про криптовалюты говорили и писали все кому не лень.

Я видел, что люди пытаются зарабатывать на криптовалютах. Кто как умеет. Кто-то на все сбережения скупал видеокарты и начинал самостоятельно майнить в гараже. Кто-то вкладывался в облачный майнинг. Кто-то пытается организовать свой пул. Кто-то запустил в производство шоколадные биткоины, а кто-то выпускает минеральную воду:



Я тоже стал изучать, что же такое эти самые биткоины. Когда-то я даже начал свое собственное иследование алгоритма SHA256 и написал статью здесь на хабре "Можно ли вычислять биткоины быстрее, проще или легче?". Мои исследования алгоритмов хеширования до сих пор продолжаются и еще и близко не завершены… Может быть когда нибудь напишу про это отдельную статью. А сейчас пока вот это…

Выпущено программное обеспечение, которое позволяет сделать из Raspberry Pi3 сетевой JTAG программатор для САПР Altera Quartus Prime. Это решение позволяет удаленно загружать FPGA Altera/Intel и даже вести удаленную отладку с помощью инструмента SignalTap. Далее расскажу,
как использовать это ПО.

Некоторое время назад появилась в моем распоряжении плата Raspberry Pi3. Ее возможности действительно впечатляют: и быстрый четырехядерный процессор, и встроенные аппаратные кодеки/декодики аудио/видео/jpeg, сеть Ethernet/WIFI, USB2, HDMI… Прямо настоящий компьютер. Очень круто, что есть разъем GPIO, который позволяет разным умельцам подключать что-то свое нестандартное и особенное. Существует огромное число различных плат расшрения, которые устанавливаются на этот разъем: дисплеи, светодиодные экраны, адаптеры для двигателей, платы АЦП…

Я хотел бы немного рассказать об FPGA плате Марсоход2RPI, которая, как и другие платы расширения, подключается к разъему GPIO распберри, и добавляет нашему микрокомпьютеру совершенно новые свойства.

Прочитал статью FPGA/Асинхронный дешифратор от ajrec.

Я сперва прочитал и ничего не понял, а потом прочитал еще раз и опять ничего не понял. На самом деле я прочитал уже все статьи ajrec про асинхронные схемы и должен констатировать, что мало понимаю, что это вообще такое (хотя считаю, что опыт проектирования в FPGA у меня есть).

В комментариях к статьям автор в основном получает минусы, народ посмеивается и кажется так же не понимает, как и я.

Честно говоря, я всегда с любопытством смотрю на проекты, которые «не такие, как все». Я считаю, что только такие проекты имеют шанс либо глубоко провалиться, либо высоко взлететь. Если делаешь что-то так же, как и сотни других разработчиков, то идешь проторенной дорогой, здесь легко и комфортно. Сделать шаг в сторону и пойти своей тропой могут далеко не все.

Я попробовал разобраться в проекте асинхронного дешифратора и по крайней мере сделать временную симуляцию кода в ModelSim. Далее о том, что из этого получилось.

Получил в свое распоряжение плату Terasic DE10-Standard. На ней много всего интересного: встроенный JTAG программатор, светодиоды, переключатели, кнопки, разъемы Audio / VGA / USB / Ethernet. Думаю, что нет особой необходимости перечислять все ее возможности, ведь каждый желающий может прочитать спецификацию платы на сайте производителя.

Для меня важно, что на плате стоит FPGA чип Cyclone V SX – 5CSXFC6D6F31C6N. Эта микросхема содержит два процессора ARM Cortex-A9 и 110K логических элементов FPGA. Это уже настоящая SoC HPS: System-On-Chip, Hard Processor System. С такими ресурсами можно пробовать делать довольно сложные проекты. Далее расскажу о своем опыте использования платы.

Так иногда бывает, что занимаешься одной технической проблемой, но, по мере погружения в задачу и во время поиска ее решения, появляются «побочные продукты». Так случилось и в этот раз. Я исследовал различные методы измерения временных интервалов с помощью ПЛИС. В одном из предложенных методов измерений был использован динамический сдвиг фазы тактовой частоты с PLL. Позже пришла идея: используя свойства PLL можно попробовать сделать в ПЛИС простейший радиопередатчик с фазовой модуляцией.

И кое-что получилось!

Все началось с того, что я решил поближе познакомиться с биткоинами. Хотелось понять, как их добывают. Статьи про биткоины и блокчейны последнее время встречаются часто, но таких, чтобы со всеми техническими подробностями, таких не очень много.

Самый простой способ разобраться во всех деталях — изучить открытые исходники. Я взялся изучать Verilog исходники FPGA-майнера. Это не единственный такой проект, есть еще несколько примеров на github, и все они, хоть и разных авторов, похоже работают приблизительно по одной схеме. Вполне возможно, что автор то у них всех изначально был один, просто разные разработчики адаптируют один и тот же код под разные чипы и разные платы… По крайней мере мне так показалось…

Вот и я, поизучав исходники Verilog, адаптировал проект с github к плате Марсоход3 на основе ПЛИС Altera MAX10, 50 тыс. логических элементов. Я смог запустить свой майнер и даже смог запустить процесс вычисления биткоинов, но бросил это дело через пол часа из-за бесперспективности. Слишком медленно по нынешним временам работает мой FPGA майнер. Ну и пусть.

Честно говоря, меня во всем этом проекте заинтересовали не сами биткоины (ну их, эти денежные суррогаты), но скорее математическая сторона алгоритма SHA256. Вот об этом я и хотел бы поговорить. Я провел несколько экспериментов с алгоритмом SHA256, может быть результаты этих экспериментов покажутся вам интересными.

В прошедшую субботу решил провести «субботник» и наконец-то навести порядок на полках и в шкафах.

В старых коробках, среди всякого разного оборудования, разных плат, девелопер китов и пачек старых дисков обнаружил несколько интересных экземпляров устройств, просто настоящие артефакты древности. С этими артефактами связана целая история, которую и хотел бы рассказать.

Дело было так. В далеком-далеком году мы получили заказ на разработку прошивки для микросхемы Cypress CY7C63723. Это был такой PS/2-USB микроконтроллер. Задача: написать прошивку к этой микросхеме. Но был один нюанс. Микросхема предназначена для преобразования протокола из PS/2 в USB, а нужно было подключить два устройства PS/2, то есть нужно подключить PS/2 мышь и PS/2 клавиатуру с помощью одной такой микросхемы USB конвертера. Микросхема должна была бы устанавливаться на материнскую плату Jetway (если память не изменяет).

Точнее, дело было даже так: эта задача уже делалась каким-то разработчиком, но у него чего-то не получалось. Нам отдали его исходники и сказали, что нужно срочно починить и переделать, но чтоб работало. Кроме исходных текстов нашего неудачливого предшественника тогда мы получили вот это…

1. История первая: воспоминание

Когда я был маленьким и ходил еще в младшую школу, со мной приключилась такая история. На перемене я с несколькими друзьями находился в классе, когда с полки сам собой упал цветок. На нашу беду тут же вошла наша учительница и безо всяких разбирательств обвинила нас в хулиганстве. Красной ручкой были сделаны записи о плохом поведении в дневник, вызваны родители. Это было так обидно и не понятно, что навсегда врезалось мне в память. С тех пор я часто размышлял, что же заставило цветок упасть?

А ведь самое логичное объяснение — он сам упал. Просто он рос, выбрасывал новые побеги, развивал и наращивал массу. Тянулся к солнцу. Однажды проекция центра тяжести цветка вышла за пределы опоры и он опрокинулся.

Не знаю, зачем я это все пишу. Возможно меланхолия пришла вместе с осенью и желтыми листьями. Иногда мне кажется, что наука программирования так стремительно развивается, так идет вперед семимильными шагами, так быстро создает новые технологии, что однажды человек не сможет все это обуздать.

Поскольку сегодня, 7-го мая, мы отмечаем День Радио, то позвольте представить вашему вниманию серию проектов для FPGA плат, которые были выполнены мной в разное время, но так или иначе связаны с радио. На этом видео выше есть демонстрация маленького чуда — сеанс радиосвязи на столе. Две одинаковые платы с ПЛИС служат одна передатчиком, а другая радиоприемником.
Далее расскажу, как я это сделал.

Игру жизнь — клеточный автомат уже кажется писали на всех возможных языках программирования.

Меня же интересует технология ПЛИС — и поэтому когда-то я сделал реализацию life для ПЛИС Альтера Cyclone III. Правда поместилось в чип тогда очень мало: всего 32x16 клеток. На таком маленьком поле довольно трудно испытать сложные фигуры.

Сейчас у меня в руках другая плата: тут уже стоит Altera MAX10 с 50-ю тысячами логических элементов. Было интересно, смогу ли я расширить поле хотя бы в 4 раза? В общем задумал сделать хотя бы 64x32.

Результат представлен на этом видео, я называю эту картину: «ружье Госпера убивает самоё себя».

Ниже подробности реализации.

Работая над очередным игровым (обучающим) проектом ПЛИС для платы Марсоход2 я столкнулся с тем, что мне явно не хватает места в кристалле. Кажется и проект не очень сложный, но моя реализация такова, что требует много логики. В принципе, это ерунда, дело-то житейское. Ну, если очень будет нужно, то можно выбрать ПЛИС с большей емкостью. Собственно мой проект — это игра «Жизнь», но реализованная в ПЛИС на языке Verilog HDL.

Про логику игры, рассказывать не буду, про нее и так написано уже достаточно.

Идея проекта вот такая: каждая клетка в игровом поле представляет собой самостоятельный вычислитель. В каждом вычислителе есть своя логическая функция и свой регистр, который хранит текущее состояние клетки (живая/не живая). Все пространство для жизни клеток — это двумерный массив вычислителей, вычислители образуют целую сеть. Все вычислители работают синхронно, так как на все регистры подается единая тактовая частота. Рисунок вверху должен прояснить схему проекта.

Так вот. На моей плате стоит ПЛИС Cyclone III EP3C10E144C8 компании Альтера. 10тыс логических элементов. Сперва я думал, что смогу сделать двумерный массив клеток 128x64=8192 клетки. Не помещается. 64x64=4096 — то же не помещается в кристалл. Как же так. Я сумел вместить в ПЛИС только 32x16=512 клеток. Пичалька…

Размышления приводят меня к мысли, что возможно, в будущем, технология ПЛИС перерастет в нечто большее, чем программируемая логика. Вот об этом своем видении я хотел бы рассказать. Искушенному читателю сразу скажу, что многое далее написанное есть просто плод воображения и может быть даже бред.
Однако…

Несколько раз начинал писать эту статью и бросал. Бросал потому, что тема, как мне кажется, несколько спорная. Изобретенный мною велосипед может кому-то показаться смешным и нелепым и вообще не совсем корректным. Тем не менее…

Вообще, мне кажется, что в области разработки электронных устройств существует как бы несколько мало пересекающихся миров. Например, существует разработка устройств на базе микроконтроллеров и параллельно существует разработка устройств на базе ПЛИС. Принципы работы этим микросхем принципиально отличаются и точно так же отличаются принципы и методы разработки, используемые языки программирования и отладки. Конечно, выбор элементной базы сильно зависит от поставленной задачи. Однако и так понятно, что эти миры, мир микроконтроллеров и мир ПЛИСов почти не пересекаются. Может быть на стыке технологий что-то есть?

Людям нравятся красивые презентации. Красивые картинки, немного текста, меняющиеся слайды. Красивая картинка позволяет быстро передать информацию человеку, сообщить самое важное. Мы все это знаем. Я вот думаю, как «скрестить ежа и ужа»?

Как наглядно на мониторе компьютера представить процессы, происходящие внутри микроконтроллера или ПЛИС? Или как показать, что происходит внутри всей системы автоматики, реализованной на микроконтроллере или ПЛИС?

Вообще-то правильный ответ я знаю – нужно использовать SCADA системы.
SCADA – это supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных. Но мы не ищем легких путей, мы хотим немножко изобрести своего велосипеда.

Хочу поделиться своим простым методом отображения данных, получаемых от датчиков и сенсоров из платы управления.

7 мая — День Радио!
Надеюсь эта заметка будет как раз кстати.

Совсем недавно на хабре была статья про проект на базе платы Raspberry Pi — к ней подключался просто кусок провода и… это все. Программа, работающая на Raspberry Pi умудрялась вести вещание в FM диапазоне просто через этот кусок провода.

Вот ссылка на ту статью на хабре.

Теперь уже похожий проект появился и для ПЛИС Altera Cyclone III. Опять короткий кусок провода подключен прямо к выходу микросхемы, в данном случае микросхемы ПЛИС.

Аудио файл в формате WAV 22050Гц, 8 бит, МОНО просто передается в плату через последовательный порт. Плата принимает байты и ведет вещание этого потока в FM диапазоне на частоте 90МГц.



Демонстрационное видео трансляции есть на youtube, правда музыка несколько усыпляющая.

Видно, что мелодия принимается не только бытовым радиоприемником рядом с платой, но и в автомобиле во дворе, примерно в пятнадцати метрах.

Наверное каждый программист ASM / C / C++ когда-то задумывался о написании своей собственной операционной системы.

И наверное каждый разработчик Verilog / VHDL для ПЛИС когда нибудь задумывался о создании своего процессора.

Собственно реализовать более-менее традиционный процессор на сегодняшний день кажется не очень и большая проблема. Принципы работы процессоров описаны во многих книгах и статьях. Кроме того, существует много процессоров с открытой архитектурой вроде openRISC или openSPARC и многие другие. Их вполне можно рассмотреть перед тем как изобретать свой велосипед.

Я решил поизучать ARM совместимый процессор AMBER. Его исходники есть на http://opencores.org.

На хабре уже было несколько статей о машинках, управляемых через WiFi и с web камерой на борту.

Вот одна статья: "Радиоуправляемая Wi-Fi машинка с камерой" А вот еще одна статья по теме: "Гонка тарантасов, управляемых через Интернет"

Я хочу предложить новый(?) способ создания подобных машинок.

Хочу рассказать о том, как развивается проект http://marsohod.org.

Цель проекта — популяризация проектирования для ПЛИС.
Тема ПЛИС постепенно набирает популярность — и совершенно заслуженно. Ведь теперь мы фактически получили простую возможность создать свою цифровую микросхему. Вам не потребуется нано-фаб и миллион долларов — все можно просто сделать имея компьютер и микросхему ПЛИС на плате разработчика. Вы знаете, что 90% производителей микросхем в мире не имеют собственных фабрик? Они проектируют и тестируют в ПЛИС, а производство заказывают сторонним производителям.

Когда-то и программирование микроконтроллеров считалось чуть ли не чудом. Теперь можно купить платку Ардуино и научить старшеклассника «мигать светодиодом».

Я хочу показать, что и ПЛИС — это вполне доступная технология.

Плата «Марсоход» — это самый простой и дешевый девелопер кит на микросхеме ПЛИС компании Альтера EPM240T100C5. Проект — опен соурс — схемы платы есть на нашем сайте. Кроме того, опубликованно уже более 50 проектов выполненных на базе нашей платы.

Дальше я расскажу о программаторе для ПЛИС. Считается, что учиться проектированию ПЛИС гораздо дороже, чем учиться микроконтроллерам. Отчасти это мнение связано с тем, что программаторы вендоров ПЛИС довольно дороги.

Теперь есть альтернатива. Вы сможете сделать простой программатор USB сами!

Я уже писал несколько раз на Хабре о плате Марсоход. Это такой простой «робо-контроллер» для изучения схемотехники, языков описания аппаратуры Verilog, VHDL, для создания простых электронных игрушек и устройств автоматики.

Мы разработали эту плату, производим и распространяем ее. Наш проект — с открытыми исходниками — мы с самого начала опубликовали схему платы. Теперь на нашем сайте так же доступны и файлы описывающие PCB платы.

Самое главное — с помощью нашей платы Марсоход мы делаем разные проекты, исходные тексты и описания которых также публикуем на нашем сайте!

Хочу показать короткое видео, демонстрирующее один из последних наших проектов. Плата Марсоход управляет самодельным роботом, который производит сборку платы Марсоход. Если быть точнее — робот устанавливает на печатную плату SMD компоненты (резисторы и конденсаторы).



Так что будущее уже почти наступило — роботы могут делать сами себя :-)

Если Вас заинтересовало, как сделан этот робот, то можно посмотреть здесь.

Давно хотел приобщить к программированию своего сына, но как это сделать?
Прошли те времена, когда учились на бейсиках и паскалях. Пытался показать ему TurboPascal — даже кое-что вроде бы начало получаться, но как-то дальше не пошло…

Решил сделать следующую попытку, когда познакомился с детским языком-конструктором Scratch. Это даже не язык — это средство создания скриптов путем перетаскивания на экране «блоков» и соединения их друг с другом. Теперь дело пошло получше. Ребенок смог сделать даже какую-то простую игру. Но ведь нужно двигаться дальше?



Что бы как-то разнообразить «программирование» я придумал сделать машинку, но что бы ее поведением можно было управлять с компьютера программой на Scratch. То есть что бы ребенок смог бы как-то программировать логику поведения машинки.