FPGA & Verilog БлогFPGA chips

САПР Altera Quartus II / Intel Quartus Prime, язык Verilog HDL и кое-что про VHDL, FPGA Cyclone III, Cyclone IV, MAX II, MAX10. Платы разработчика серии Марсоход, Марсоход2, Марсоход3.


m2rpi programming from Ubuntu

Теперь программирование нашей FPGA платы Марсоход2RPI, работающей в связке с платой Raspberry, по сети из Quartus стало возможным и из Ubuntu Linux!

QuartusPrime19.1

Компания Intel уже довольно давно выпустила очередную версию САПР Quartus Prime, но вот наконец дошли руки попробовать. Я скачал Quartus Prime Lite Edition версии 19.1 для WIndows и для Linux. Инструкция для скачивания есть здесь. Пробовать я буду соответственно в Windows 10 Professional и в Ubuntu Desktop 18. Надо сказать, что 19.1 - даже на сегодняшний день не самая последняя версия. Точнее говоря, для Lite Edition - это последняя, но вот для версии Quartus Prime Pro Edition последняя версия уже сейчас 19.4. Ну, что же, для моих несложных проектов всегда хватало и бесплатной Lite Edition.

В Release Notes описаны изменения в программном обеспечении для новой версии. Из основного:

  • в проектах VHDL возможно придется модивицировать пути к модулям удаляя ведущий слэш "/" в файле QSF;
  • при использовании NIOS придется отдельно вручную ставить Eclipse IDE для NIOS;
  • удалена поддержка WIndows 7, 
  • удалена поддержка некоторых IP ядер для некоторых семейств микросхем, например, удалены IP DDR/DDR2 для Cyclone IV.

Отдельно говорится о том, что теперь Quartus Prime будет использовать подсистему WSL (Windows Subsystem for Linux), и якобы это должно дать прирост в производительности. Честно говоря не очень понятно для каких версий квартуса это будет работать. Я поставил Lite Edition и не ставил никаких WSL. Все работает, как и работало раньше. Возможно это все будет только для версий Standard или Pro.

Кроме этого, упомянуто, что в новой версии Quartus сделаны security updates, ну вероятно закрыты какие-то проблемы с безопасностью ПО. Наверное это важно.

Но меня, честно говоря в первую очередь интересует, как с новой версией квартуса будет работать наш программатор MBFTDI. Если кратко - работает. Если нужны подробности, то читайте дальше.

usb host block schema

В предыдущей статье я рассказал, как запустил свой собственный велосипед USB хост контроллер и как он работает в железе в плате Марсоход3. Там я в основном рассказывал, как взаимодействует управляющая программа с контроллером. Но вот как работает мой контроллер? Чтобы разобраться в этом нужно провести Verilog симуляцию.

Внутреннее устройство моего контроллера схематично показано рисунке выше.

Внутри контроллера есть:

  • входное FIFO, модуль generic_fifo_dc_gray fifo_in, сюда складываются все входящие команды и данные;
  • выходное FIFO, модуль generic_fifo_dc_gray fifo_out, отсюда внешние устройства будут забирать результат исполнения команды;
  • временное FIFO, generic_fifo_dc_gray fifo_out_tmp, где временно хранятся принятые из USB шины байты;
  • модуль USB передатчика ls_usb_send ls_usb_send_;
  • модуль USB приемника ls_usb_recv ls_usb_recv_;
  • машина состояний по регистру состояний state.

Рисунок довольно схематичный, но в целом отражает происходящее в хост контроллере.
Далее расскажу подробнее.

USB host controller schema in Intel Quartus Prime

Я сделал USB хост контроллер в FPGA для подключения Low Speed устройств, клавиатур или мышей. Немного расскажу про этот проект. Контроллер делается для платы Марсоход3/Марсоход3bis плюс шилд разъемов. Тем не менее, так же все должно работать и на платах Марсоход2 или Марсоход2bis или других FPGA платах (если сделать правильные назначения сигналов проекта). В этом проекте есть два компонента, аппаратный и программный:

  • USB хост контроллер выполнен в среде Intel Quartus Prime Lite, топ модуль в виде схемы, остальные модули - это Verilog HDL;
  • Программа управления, написана на C/C++ в среде Visual Studio. Программа открывает последовательный порт, который связывает FPGA плату и компьютер. Через последовательный порт программа отправляет управляющие команды USB хост контроллеру и получает от него результат исполнения команд и принятые данные.

Ниже постараюсь рассказать подробнее, но больше про программный компонент.

Приближается Новый Год! Мы поздравляем читателей нашего сайта с этим праздником! НО, сегодня нам нужен Новогодний FPGA Проект. У нас уже чего только не было на сайте: и двигалось и светило и моргало и показывало. Но, что поделать, самое новогоднее, что можно придумать - это гирлянды, бегущие огни, светодиодная лента. Их тоже мы уже подключали: был проект простого управления светодиодной лентой и мы ее устанавливали в виде импровизированной елочки и потом мы даже сделали цветомузыку на светодиодной ленте.

Теперь пришла идея сделать.. саму светодиодную ленту. Простая светодиодная лента состоит из последовательно соединенных RGB микросхем, например, вот таких: WS2812B. Соединяются они тремя проводами: питание, земля и информационный сигнал, по которому передается код цвета для каждого пикселя индивидуально.

Идея проекта состоит в следующем. Я попытаюсь сделать "реверс инжиниринг" микросхемы WS2812B и реализовать всю ее логику внутри простой ПЛИС платы Марсоход с Altera MAX II. Потом я соединяю последовательно несколько плат Марсоход и подключаю их прямо к светодиодной ленте, таким образом, делаю ленту длиннее на несколько пикселей. Мои ПЛИСы становятся продолжением ленты и светодиоды, подключенные к ПЛИС, должны светиться точно так же, как сама лента. Вообще-то платы Марсоход пришлось немного модернизировать: у них штатно стоят 8 желтых светодиодов, а мы заменяем 3 из них на цветные R, G, B. Это не очень большая переделка.

Наверное кто-то скажет, что это бессмысленный проект, зачем делать то, что уже кем-то сделано. Но с другой стороны - а почему бы и нет? У нас же образовательный сайт. Вот поучимся копировать логику существующих микросхем в FPGA, благо логика очень простая. Ну и в конце концов, может какой нибудь светодиодный завод в России захочет производить подобные чипы где нибудь в Зеленограде? Мне даже кажется, что в этом есть какой-то смысл: для изготовления светодиодных лент и видео стен требуются сотни, тысячи и миллионы таких микросхем... Для одного FullHD светодиодного экрана, если бы его изготавливали из светодиодной ленты, нужно 2 миллиона RGB микросхем. Оптовое изготовление всегда снижает итоговую стоимость производства.

Конечно я немного упрощаю. Микросхема WS2812B возможно не такая простая, как я тут расписываю. В ней есть встроенный генератор, видимо RC-генератор, и он должен быть весьма стабильным вне зависимости от внешней температуры. Но я про это сейчас даже думать не буду. Мой проект немного упрощенный, я буду эмулировать микросхему WS2812B в нашей простой плате Марсоход и на плате есть кварцевый генератор 100МГц. Его и буду использовать для измерения интервалов времени.

Итак, поехали.