አርዱዲኖ እንደ ርካሽ ዳቦ ሰሌዳ FPGA: 5 ደረጃዎች (ከስዕሎች ጋር)

2024 ደራሲ ደራሲ: John Day | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2024-01-30 07:33

የሃርድዌር አመክንዮ ወረዳዎችን መንደፍ አስደሳች ሊሆን ይችላል። ይህንን ለማድረግ የድሮው ትምህርት ቤት መንገድ በ NAND በሮች ፣ በዳቦ ሰሌዳ ላይ ፣ ከዝላይ ሽቦዎች ጋር ተገናኝቷል። ይህ አሁንም ይቻላል ፣ ግን የበሮች ብዛት ከእጅ ከመውጣቱ በፊት ብዙ አይወስድም። አዲስ አማራጭ FPGA (የመስክ ፕሮግራም ሊዘጋጅ የሚችል የጌት ድርድር) መጠቀም ነው። እነዚህ ቺፖች እርስዎ ሊቀርቧቸው የሚችሏቸው ማንኛውም የዲጂታል አመክንዮ ወረዳ ለመሆን ራሳቸውን እንደገና ሊለውጡ ይችላሉ ፣ ግን ርካሽ እና በቀላሉ አይገኙም። እኔ ይህንን FPGA በአርዲኖ UNO ርካሽ በሆነ የአትሜጋ ቺፕ እንዴት እንደሚተካ አሳያለሁ ፣ ይህም ዲጂታል ወረዳውን ወደ ዲፕ ፓኬጅ በትክክል ያስገባዋል ፣ ይህም በጣም የዳቦ ሰሌዳ ተስማሚ ነው።

ደረጃ 1 “FPGA” የሚወክለውን ወረዳ ይንደፉ

2 ቢት + 2 ቢት አድደር እሠራለሁ። ሁለት ጥንድ አመክንዮ ግብዓት ካስማዎችን ይወስዳል ፣ እና አንድ ሶስት እጥፍ የውጤት ፒኖችን ያወጣል።

ይህንን በ NAND በሮች ለማድረግ ፣ በስዕሉ ላይ ያለውን ሥዕላዊ መግለጫ ይመልከቱ። 14 NAND በሮች ያስፈልጉታል። እኔ 4 ባለአራት NAND በር TTL ቺፖችን እጠቀም ነበር ፣ እና በዳቦ ሰሌዳ ላይ አወጣኋቸው።

የግብዓት እና የውጤት ካስማዎች (ከፍ ያለ) ፣ እና ሲጠፉ (ዝቅተኛ) ሲሆኑ ለማሳየት አንዳንድ ኤልኢዲዎችን (የአሁኑን የመገደብ ተከላካዮችን አይርሱ)። የግብዓት ፒኖችን ለመንዳት ፣ ወይ ወደ መሬት ባቡር ወይም ወደ አዎንታዊ የኃይል ባቡር ዘልዬ ገባኋቸው።

ይህ ወረዳ ይሠራል ፣ ግን ቀድሞውኑ 4 TTL ቺፖችን ይወስዳል ፣ እና የአይጦች ጎጆ ጎጆ ነው። ብዙ ቢት ቢያስፈልግ ፣ ብዙ የዳቦ ሰሌዳዎች ፣ እና ብዙ መዝለያዎች ይኖሩ ነበር። በጣም በፍጥነት የወረዳው መጠን ከእጅ ይወጣል።

ከጎን ማስታወሻ ፣ ከቲቲኤል በሮች ጋር ሲሠሩ ፣ አንድ ሰው እንደሚጠብቀው በትክክል 0V ወይም 5V ን አያወጡም። እነሱ ብዙውን ጊዜ ለ “ከፍተኛ” 3V አካባቢ ያመርታሉ ፣ ግን ትክክለኛው ቮልቴጅ በጣም ሰፊ በሆነ ክልል ውስጥ ነው። የ CMOS ተመጣጣኝ ቺፖችን በመጠቀም ተመሳሳይ ወረዳው በትክክል ከ 0V ወደ 5V ማወዛወዝ የተሻለ ይሆናል።

ደረጃ 2 FPGA ን ያስገቡ

ኤፍኤፒጂአይ በማንኛውም ቅንጅት ውስጥ በአንድ ላይ የተሳሰረ ማንኛውም የሎጂክ በሮች ጥምረት ሊሆን የሚችል ድንቅ ቺፕ ነው። አንደኛው “ወረዳውን” በሃርድዌር ዲዛይን ቋንቋ (ኤች.ዲ.ኤል) ውስጥ ዲዛይን ያደርጋል። ብዙ እንደዚህ ያሉ ቋንቋዎች አሉ ፣ አንደኛው ቬሪሎግ ይባላል። በስዕሉ ውስጥ ያለው.v ፋይል የሁለት ቢት አድደር የቬሪሎግ አቻ ነው። ከዚህ በታች ያለው የ.pch ፋይል እንዲሁ በ verilog ፋይል ውስጥ የተሰየሙትን የግብዓት እና የውጤት ፒኖችን በቺፕ ላይ ላሉት እውነተኛ የሃርድዌር ፒኖች ለመመደብ ያስፈልጋል።

በዚህ ሁኔታ እኔ የላቲስ ሴሚኮንዳክተሮች iCEstick ልማት ቦርድ (https://www.latticesemi.com/icestick) እየተጠቀምኩ ነው። ትክክለኛው የ FPGA ቺፕ ICE40HX-1k ነው ፣ ከ 1000 በላይ በሮች ያሉት ፣ እያንዳንዳቸው ማንኛውም የሎጂክ በር ሊሆኑ ይችላሉ። ያ ማለት እያንዳንዱ በር የ NAND በር ፣ ወይም የ OR በር ፣ ያልሆነ በር ፣ NOR ፣ XOR ፣ ወዘተ ሊሆን ይችላል። በተጨማሪም እያንዳንዱ በር ከሁለት ግብዓቶች በላይ ማስተናገድ ይችላል። ይህ ለእያንዳንዱ አምራች የተወሰነ ነው ፣ ግን በ ICE40 እያንዳንዱ በር 4 ግብዓቶችን ማስተናገድ ይችላል። ስለዚህ እያንዳንዱ በር ከ 2 የመግቢያ NAND በሮች የበለጠ ሰፊ ችሎታ አለው።

እኔ 4 የግብዓት ጥድ እና 3 የውጤት ፒኖችን በአካል ፒን 91 ፣ 90 ፣ 88 ፣ 87 ፣ 81 ፣ 80 እና 79 ላይ መመደብ ነበረብኝ። ይህ ለ fpga ቺፕ እና በላዩ ላይ ለተሰነጣጠለው ቦርድ እና እነዚያ ፒኖች ወደ PMOD ወደብ እንዴት እንደተገናኙ ነው። ይህ ለዚህ የ FPGA ቦርድ በውሂብ ሉህ ውስጥ ይገኛል።

Lattice ከቬሪሎግ ወረዳዎችን ለማቀናጀት (የ FPGA ን ለሲፒዩዎች ማመጣጠን ተመጣጣኝ) ወረዳዎችን ይሰጣል ፣ ግን እኔ ነፃውን ክፍት ምንጭ መሣሪያ ሰንሰለት icestorm (https://www.clifford.at/icestorm/) ተጠቅሜአለሁ። የመጫኛ መመሪያዎች በዚያ ጣቢያ ላይ ይገኛሉ። በ icestorm ተጭኗል ፣ እና የ verilog እና pcf ፋይል ፣ ይህንን ወረዳ በ FPGA ላይ ለመጫን ትዕዛዞቹ-

yosys -p "synth_ice40 -blif twoBitAdder.v" twoBitAdder.blif

arachne -pnr -d 1k -p iCEstick.pcf twoBitAdder.blif -o twoBitAdder.asc

icepack twoBitAdder.asc twoBitAdder.bin

iceprog twoBitAdder.bin

ይህ በጣም ጥሩ ነው ፣ ግን ይህንን አይሲስታስቲክ መላኩን ጨምሮ 30 ዶላር ያህል ያስከፍላል። ዲጂታል ወረዳ ለመገንባት ይህ በጣም ርካሹ መንገድ አይደለም ፣ ግን እሱ ኃይለኛ ነው። ከ 1000 በላይ በሮች አሉት እና ለዚህ ጥቃቅን ወረዳ 3 ብቻ ይጠቀማል። የ NAND በር አቻ 14 በሮችን ተጠቅሟል። ይህ የሆነበት ምክንያት እያንዳንዱ በር ማንኛውንም ዓይነት በር ሊሆን ይችላል ፣ እና እያንዳንዱ በር በእውነቱ 4 የግብዓት በር ነው። እያንዳንዱ በር የበለጠ መሥራት ይችላል። ተጨማሪ በሮች ከፈለጉ ፣ iCEstick 8000 በሮች ያለው አንድ ትልቅ ወንድም አለው ፣ ያ እጥፍ ገደማ ያስከፍላል። ሌሎች አምራቾች ሌሎች አቅርቦቶች አሏቸው ነገር ግን ዋጋው በጣም ከፍ ሊል ይችላል።

ደረጃ 3 ከ FPGA እስከ አርዱinoኖ

FPGAs በጣም ጥሩ ናቸው ፣ ግን ውድ ፣ ለመምጣት አስቸጋሪ እና ለዳቦ ሰሌዳ ተስማሚ አይደሉም። የዳቦ ሰሌዳ ተስማሚ እና ርካሽ ቺፕ Atmega 328 P ነው ፣ እሱም በንጹህ DIP ጥቅል ውስጥ ፣ ለዳቦ ሰሌዳ ተስማሚ። እንዲሁም በ 4 ዶላር አካባቢ ሊገኝ ይችላል። ይህ የአርዱዲኖ UNO ልብ ነው። በርግጥ መላውን UNO መጠቀም ይችላሉ ፣ ግን ርካሽ ይሁኑ ፣ Atmega 328 P ን ከ UNO አውጥተን በራሱ ሊጠቀሙበት ይችላሉ። ሆኖም ለአቶሜጋ የ UNO ቦርድ እንደ ፕሮግራም አውጪ እጠቀም ነበር።

በዚህ ጊዜ ያስፈልግዎታል

1. አንድ Arduino UNO ፣ በተንቀሳቃሽ ተንቀሳቃሽ Atmega 328P ሲፒዩ።

2. ሌላ አሜጋ 328 ፒ ከአርዱዲኖ ቡት ጫኝ ቀድሞ የተቃጠለ ፣ እኛ ከ UNO ልናወጣው የምንፈልገውን ለመተካት። (አሁንም ጥቅም ላይ የሚውል UNO እንዲኖርዎት ከፈለጉ እንደ አማራጭ)።

ግቡ በ 328 ፒ ውስጥ ሊጫን ወደሚችል የአርዲኖ ፕሮጀክት የ verilog ፋይል መለወጥ ነው። አርዱዲኖ በ C ++ ላይ የተመሠረተ ነው። በሚመች ሁኔታ ከቨርሪሎግ ወደ ሲ ++ ተርጓሚ አለ ፣ Verilator (https://www.veripool.org/wiki/verilator)። Verilator እነዚያ ንድፎችን ውድ ከሆነው ሃርድዌር በፊት ዲዛይኖቻቸውን ማስመሰል በሚያስፈልጋቸው የሃርድዌር ዲዛይነሮች ለመጠቀም የታሰበ ነው። Verilator cross verilog ን ወደ C ++ ያጠናቅራል ፣ ከዚያ ተጠቃሚው የማስመሰል የግብዓት ምልክቶችን ለማቅረብ እና የውጤት ምልክቶችን ለመመዝገብ የሙከራ ማሰሪያ ይሰጣል። የአርዲኖ መሣሪያ ሰንሰለት በመጠቀም የቬሪሎግ ንድፉን በአትሜጋ 328 ፒ ውስጥ ለማጥበብ እንጠቀምበታለን።

መጀመሪያ Verilator ን ይጫኑ። መመሪያዎቹን በ https://www.veripool.org/projects/verilator/wiki/I… ላይ ይከተሉ

እንዲሁም የ Arduino IDE ን ይጫኑ እና በዩኤስቢ ላይ ከአርዲኖ UNO ጋር መገናኘት እንደሚችል ይፈትሹ።

የፒንሶቹ ስሞች መለወጥ እስካልፈለጉ ድረስ ለኤፍፒኤኤኤው ተመሳሳይ የማረጋገጫ ፋይል እንጠቀማለን። በእያንዳንዳቸው መጀመሪያ ላይ አንድ ምልክት (_) አከልኩ። የአርዱዲኖ ቤተ -ፍርግሞች እንደ B0 ፣ B001 ፣ ወዘተ ያሉ ነገሮችን ወደ ሁለትዮሽ ቁጥሮች የሚተረጉሙ የራስጌ ፋይልን ስለሚያካትቱ ይህ ያስፈልጋል። ሌሎቹ የግቤት ፒን ስሞች እንደነበሩ ጥሩ ቢሆኑም B0 እና B1 ግንባታው እንዲከሽፍ ያደርጉ ነበር።

ሁለትBitAdder.v እና iCEstick.pcf ን በሚይዝ ማውጫ ውስጥ የሚከተሉትን ያሂዱ

አረጋጋጭ -ግድግዳ --cc twoBitAdder.v

ይህ በርካታ አዳዲስ ፋይሎችን የያዘ obj_dir የተባለ ንዑስ ማውጫ ይፈጥራል። እኛ የራስጌ እና የ cpp ፋይሎች ፣ VtwoBitAdder.h ፣ VtwoBitAdder.cpp ፣ VtwoBitAdder_Syms.h እና VtwoBitAdder_Syms.cpp ብቻ ያስፈልጉናል።

በ Arduino IDE ውስጥ ሁለትBitAdder.ino የተባለ አዲስ ንድፍ ይፍጠሩ። ይህ በአርዱዲኖ የስዕል ደብተር ማውጫዎ ውስጥ ሁለት ቢትአድደር ተብሎ በሚጠራ አዲስ ማውጫ ውስጥ የኢኖ ፋይልን ይፈጥራል። የእርስዎን VtwoBitAdder.h እና VtwoBitAdder.cpp ፋይሎች በአርዱዲኖ አቃፊዎ ውስጥ ወደዚህ ሁለት ቢትአድደር አቃፊ ይቅዱ።

አሁን የራስጌ ፋይሎችን ከአረጋጋጭ መጫኛ ይቅዱ።

cp/usr/local/share/verilator/ያካትታሉ/የተረጋገጠ*።

በመጨረሻ ከ https://github.com/maniacbug/StandardCplusplus ውስጥ በ std c ++ ቤተ -መጽሐፍት ውስጥ ይቅዱ። በመጫኛ መመሪያዎቻቸው መሠረት “ይህ ልክ እንደ ተለመደው የአርዱዲኖ ቤተ -መጽሐፍት ተጭኗል። በስርጭት መጽሐፍዎ ስር ወደ‹ ቤተ -መጻሕፍት ›አቃፊ ውስጥ የስርጭቱን ይዘቶች ይንቀሉ። ለምሳሌ ፣ የእኔ ረቂቅ መጽሐፍ/ቤት/maniacbug/ምንጭ/አርዱinoኖ ነው ፣ ስለዚህ ይህ ቤተ -መጽሐፍት ውስጥ/ቤት/maniacbug/ምንጭ/አርዱinoኖ/ቤተመፃህፍት/StandardCplusplus ነው።

የእርስዎን Arduino IDE ከጫኑ በኋላ ዳግም ማስጀመርዎን ያረጋግጡ።"

አሁን በዚህ ደረጃ ላይ ከተሰጠው ጋር የሁለት ቢትአድደር.ኖን ይዘት ይተኩ። ይህ አረጋጋጭ የሚጠብቀው የሙከራ ማሰሪያ ነው ፣ ይህም የግብዓት/የውጤት ፒኖችን ያዘጋጃል ፣ ከዚያም በሉፕ ውስጥ ፣ የግብዓት ፒኖችን ያነባል ፣ ለ VtwoBitAdder (የወረዳችን የተተረጎመውን ስሪት) ይመግባቸዋል ፣ ከዚያ ውጤቶቹን ከ VtwoBitAdder ያነባል እና ይተገበራል። ወደ ውፅዓት ካስማዎች።

ይህ ፕሮግራም በ Arduino UNO ላይ ማጠናቀር እና መፈጸም አለበት።

ደረጃ 4 - ከአርዱዲኖ እስከ ዳቦፕ ቦርድ ላይ ወደ DIP ቺፕ።

አሁን ፕሮግራሙ በአርዱዲኖ ላይ እየሰራ ስለሆነ ፣ እኛ የአርዱዲኖ ቦርድ ራሱ አያስፈልገንም። እኛ የምንፈልገው ሲፒዩ ብቻ ነው።

Atmega 328P ን ከ Arduino UNO ሶኬት በጥንቃቄ ያስወግዱ እና ምትክውን በአማራጭ ያስገቡ።

Atmega 328P ን በእንጀራ ሰሌዳ ላይ ያድርጉት። በዳቦ ሰሌዳ ላይ ወደላይ በመጠቆም መጨረሻውን ያስቀምጡ። ፒን 1 የላይኛው ግራ ፒን ነው። ፒን 2 ቀጣዩ ወደ ታች ነው ፣ እና ወደ ታችኛው ግራ ወደሚገኘው ፒን 14 እንዲሁ። ከዚያ ፒን 15 ከታች በስተቀኝ ነው ፣ እና ከ 16 እስከ 28 ያሉት ፒኖች የቺ chipውን የቀኝ ጎን ይመለሳሉ።

8 እና 22 ፒኖችን ከመሬት ጋር ያገናኙ።

ፒን 7 ን ከ VCC (+5V) ጋር ያገናኙ።

በፒን 9 እና በመሬት መካከል ባለ 16 ሜኸ ኳርትዝ ክሪስታል እንዲሁም በፒን 9 እና በመሬት መካከል ፣ እና በፒን 10 እና በመሬት መካከል መካከል አነስተኛ capacitor (22pF) ያገናኙ። ይህ ለአትሜጋ 328 ፒ የ 16Mhz የሰዓት ፍጥነትን ይሰጣል። 328P ን አንድ ባልና ሚስት ክፍሎችን የሚያድን ውስጣዊ 8Mhz ሰዓቱን እንዲጠቀም በማስተማር ላይ ሌላ መመሪያዎች አሉ ፣ ግን ያ ማቀነባበሪያውን ያቀዘቅዛል።

ለግብዓት ካስማዎች የተጠቀምንባቸው የአርዲኖ ጂፒዮ ወደቦች 5 ፣ 6 ፣ 7 እና 8 በእውነቱ በአትሜጋ 328 ፒ ላይ አካላዊ ፒን 11 ፣ 12 ፣ 13 ፣ 14 ናቸው። ያ በግራ በኩል ያሉት አራቱ የታችኛው ፒኖች ይሆናሉ።

እኛ ለውጤት ፒኖች የተጠቀምንባቸው የአርዲኖ ጂፒዮ ወደቦች 11 ፣ 10 እና 9 በእውነቱ በአትሜጋ 328 ፒ ላይ አካላዊ ፒን 17 ፣ 16 ፣ 15 ናቸው። ያ በቀኝ በኩል ያሉት የታችኛው ሶስት ፒኖች ይሆናሉ።

እኔ እንደበፊቱ ለእነዚህ ፒኖች (ኤልኢዲዎች) አጣበቅኳቸው።

ደረጃ 5 መደምደሚያ

የ TTL ቺፕስ ይሰራሉ ፣ ግን ማንኛውንም ነገር ለመገንባት ብዙ ይወስዳል። FPGAs በትክክል ይሰራሉ ፣ ግን ርካሽ አይደሉም። በአነስተኛ የ IO ፒኖች እና በዝቅተኛ ፍጥነት መኖር ከቻሉ ታዲያ Atmega 328P ለእርስዎ ቺፕ ሊሆን ይችላል።

ሊታሰብባቸው የሚገቡ አንዳንድ ነገሮች

ኤፍ.ፒ.ጂ.

ፕሮ

- የከፍተኛ ፍጥነት ምልክቶችን ማስተናገድ ይችላል። በአንድ ጊዜ ወደ አንድ መመሪያ ለማሰናከል ሲፒዩ ስለሌለ ፣ ውስንነቱ በተሰጠው ወረዳ ላይ በሮች በኩል የማሰራጨት መዘግየት ነው። በብዙ አጋጣሚዎች ይህ ከቺፕ ከተሰጠው ሰዓት በጣም ፈጣን ሊሆን ይችላል። ለኔ ዲዛይን ፣ የቦታ ሰዓቱ 12 ሜኸ ክሪስታል ብቻ ቢሆንም ፣ ሁለት ቢትአድደር በግቤት እሴቶች ውስጥ ወደ 100 ሚሊዮን ገደማ ለውጦች (100 ሜኸ) ምላሽ እንዲሰጥ ይፈቅድ ነበር።

- ዲዛይኑ የበለጠ ውስብስብ እየሆነ ሲሄድ የነባር ወረዳዎች አፈፃፀም አይቀንስም (ብዙ)። በጨርቆች ላይ ወረዳዎችን ማከል በቀላሉ አዲስ ነገር ባልተጠቀመ ሪል እስቴት ውስጥ እንዲገባ ስለሚያደርግ ፣ አሁን ባለው ወረዳ ላይ ተጽዕኖ አያሳድርም።

- በ FPGA ላይ በመመስረት ፣ የሚገኙ የ IO ፒኖች ብዛት በጣም ከፍተኛ ሊሆን ይችላል ፣ እና እነሱ በአጠቃላይ ለየት ባለ ዓላማ ውስጥ አልተቆለፉም።

ኮን

- ውድ እና/ወይም ለመድረስ አስቸጋሪ ሊሆን ይችላል።

- ብዙውን ጊዜ በማንኛውም አማተር ፕሮጀክት ውስጥ ከቺፕ ጋር ለመስራት አንድ ዓይነት የመገንጠያ ሰሌዳ በሚፈልግ በቢጂኤ ጥቅል ውስጥ ይመጣል። ብጁ ባለ ብዙ ንብርብር SMT PCB ባለው ንድፍ ውስጥ እየገነቡ ከሆነ ፣ ይህ ችግር አይደለም።

- አብዛኛዎቹ የ FPGA አምራቾች የራሳቸውን ዝግ ምንጭ ንድፍ ሶፍትዌር ይሰጣሉ ፣ ይህም በአንዳንድ ሁኔታዎች ገንዘብ ሊያስወጣ ወይም የፍቃድ ማብቂያ ቀን ሊኖረው ይችላል።

አርዱዲኖ እንደ ኤፍ.ፒ.ጂ.

ፕሮ

- ርካሽ ፣ እና ለማግኘት ቀላል። በአማዞን ላይ atmega328p-pu ን ብቻ ይፈልጉ። እነሱ ወደ $ 4/ቁራጭ መሆን አለባቸው። ብዙ ሻጮች በብዙ 3 ወይም 4 ይሸጣሉ።

- ይህ የ DIP ጥቅል ነው ፣ ይህም ማለት ከውጭ ካስማዎች ጋር በዳቦ ሰሌዳ ላይ በትክክል ይጣጣማል።

- ይህ 5V መሣሪያ ነው ፣ ይህም ከሌሎች 5V መሣሪያዎች ጋር መገናኘትን ቀላል ማድረግ ይችላል።

ኮን

- ATMEGA328P ውስን የ IO ፒኖች (23) አለው ፣ እና ብዙዎቹ ለተወሰኑ ተግባራት የተያዙ ናቸው።

- የወረዳው ውስብስብነት ሲጨምር ፣ በአርዱዲኖ ሉፕ ዘዴ ውስጥ ያለው የኮድ መጠን ይጨምራል ፣ የእያንዳንዱ ዑደት ቆይታ ረዘም ይላል።

- የወረዳው ውስብስብነት ዝቅተኛ ቢሆንም እያንዳንዱ ዑደት የግብዓት ፒን እሴቶችን ለማምጣት እና የውጤት ፒን እሴቶችን ለመፃፍ እና ወደ ዙር አናት ለመመለስ ብዙ የሲፒዩ መመሪያዎችን ይፈልጋል። በ 16 ሜኸ ክሪስታል ፣ በሰዓት ዑደት በአንድ መመሪያ እንኳን ፣ loop በሰከንድ ከ 1 ሚሊዮን ጊዜ በላይ አይሠራም (1 ሜኸ)። ለአብዛኞቹ አማተር የኤሌክትሮኒክስ ፕሮጄክቶች ምንም እንኳን ከሚያስፈልገው በላይ ፈጣን ነው።