معسكر تدريب الدائرة للدبابات والمعالجات

في أبريل / نيسان ، كانت هناك ندوة روسنانوف حول الدوائر الحديثة لتلاميذ المدارس من النوع الأوليمبي . من بعده ، اجتمعت مجموعة من المنظمين في الردهة وحيروا لفترة طويلة كيفية جعل الموضوع أكثر إثارة للاهتمام ومفيد في نفس الوقت. لدخول Verilog و FPGA على سبيل المثال في تنسيق أولمبياد NTI. تقرر التخلي عن المثير للاهتمام من الناحية الرياضية ، ولكن إلى حد ما مجردة لمهام الطالب مثل بروتوكولات ترابط ذاكرة التخزين المؤقت في أنظمة متعددة المعالجات. أيضا ، لم تكن فكرة الدفيئة الآلية المزودة بأجهزة استشعار متحمسة للغاية ، حيث تم تنفيذها مائة مرة على اردوينو و STM32 ، ولا تضيف FPGAs أي شيء مثير للاهتمام إلى الدفيئات.

وفجأة - يوريكا! وإذا عقدنا مسابقات في ألعاب رسومية مصنوعة على دوائر نقيّة ، بدون برمجة ، مثلما فعل أسلافنا ألعاب مثل Pin-Pong في أيام بريجنيف وكارتر. وللإجراء ليس على رقائق K561 القديمة ، ولكن على Xilinx و Altera الحديثة (أي Intel FPGA) واستخدام نفس تقنيات التصميم على مستوى عمليات نقل السجلات التي يستخدمها المصممون في Apple و Intel و SpaceX.

باختصار ، سوف نتعامل مع هذا في الفترة من 8 إلى 26 يوليو في مدرسة صيفية في زيلينوغراد . جزء من المدرسة ، الذي ستتم مناقشته في هذا المنشور ، مخصص لأساسيات الدارات الرقمية ، والخطوات الأولى في الهندسة المعمارية والهيكل المصغر للمعالجات ، وكذلك رسومات أجهزة الكمبيوتر (حتى في الغالب).

سأحاول إحضار ابنتي الطلابية إليزابيث إلى زيلينوغراد كمساعد إذا حصلت على جواز السفر والتأشيرة الروسية في الوقت المحدد. إليزابيث ، كونها روسية أوكرانية يابانية ، تتحدث الإنجليزية فقط. هنا في Zelenograd وتعلم أساسيات الروسية. وفي الوقت نفسه ، سيقوم بتدريس النطق الصحيح للغة الإنجليزية للمدربين الذين هم على استعداد للمساعدة في المدرسة (اختياري من MIET ، فمن الممكن من MIPT ، MSU ، MEPhI):



قدمت اليوم مثالاً واحداً للمدرسة - لعبة tanchiki. أخذت معظم الشفرة من مثال في كتاب Designing Video Game Hardware in Verilog بواسطة Steven Hugg ، 15 ديسمبر ، 2018 . أظهر ستيفن هيغ الكود على بعض المحاكاة الجميلة ، ولكن غير الصناعية. أعتقد أن التعلم على مثل هذا المحاكاة يشبه رائحة الزهور في قناع الغاز ، لذلك قمت بتركيب الكود وسكب التكوين الناتج في الحديد الحقيقي - لوحة ZEOWAA صينية رخيصة . للقيام بذلك ، اضطررت إلى إعادة كتابة الجيل VGA المسح الضوئي ، وجعل رمز أكثر توليفها ، وإزالة بعض المخالفات المنهجية في استخدام إشارات الساعة. لقد نشرت النتيجة على جيثب .

إليك ما يبدو عليه في محاكاة ستيفن هوج:



إليك ما يبدو عليه في تقريبي الأول ، بعد الجمع الميكانيكي للملف للوحة ومولد المسح الضوئي وكود ستيفن ، بالإضافة إلى إصلاح جميع الأشياء الصغيرة التي لا تعمل في Intel FPGA Quartus Lite Edition ، توليف وتعبئة:



ولكن المخيم لن يكون فقط حول الألعاب التي يتم إنشاؤها باستخدام VGA scan و ROM و sprites وما إلى ذلك. سوف نعبر هذا أيضًا مع المعالجات. لمقارنة تنفيذ الألعاب على أجهزة الحالة المحدودة للأجهزة مع تنفيذ برامج الأجهزة. للقيام بذلك ، نستخدم نواة schoolMIPS التعليمية ، والتي تم وصفها في منشورات Stanislav Zhelnio على Habr و schoolMIPS wiki على GitHub .

يمكنك حتى استخدام مجموعة تدريب schoolMIPS لشرح كيفية تصميم الإشارات المرجعية في المعالجات. لن نناقش ما إذا كانت الإشارات المرجعية موجودة في معالج الكمبيوتر على مكتبك أو في هاتفك أو سيارتك. سوف نظهر كيف يمكن تصميمها. مثال على إشارة مرجعية: يقوم جهاز حالة الأجهزة بمراقبة محتويات السجلات المعمارية أثناء تنفيذ البرنامج ، وعندما يظهر النص "Cloudless Sky Above All Spain" فيها ، يحول المعالج إلى الوضع المميز. قد يأتي النص من برنامج مستخدم ، مثل عميل البريد الإلكتروني.

هل من الممكن الكشف عن مثل هذه الإشارة المرجعية مع برنامج مكافحة الفيروسات؟ لا. لا يرى البرنامج هذا على الإطلاق حتى يحدث. هل من الممكن الكشف عن طريق فحص الدائرة الدقيقة تحت المجهر الإلكتروني؟ لا ، هناك مليارات الترانزستورات في المعالج الصناعي ، حتى في اردوينو - مئات الآلاف. حتى إذا كان لديك مصدر المعالج بين يديك ، فيمكنك إخفاء الكثير بمئات الآلاف أو ملايين الخطوط على الصورة ، خاصة إذا كانت أجزاء مختلفة من المعالج تفي بأجزاء من خطة مدروسة بذكاء.

يمكنك حتى تنظيم مسابقة عندما ينشئ فريق ما إشارة مرجعية ويجدها الآخر.



يمكن لأي طالب أكمل ثلاث وحدات لدورة نظرية عبر الإنترنت من RUSNANO مع نظرة عامة موجهة نحو المهنة لأساليب تصميم الدوائر الصغيرة الحديثة (كل هذا مجانًا وحتى مع الجوائز) المشاركة في المدرسة الصيفية في زيلينوغراد:

1. من الترانزستور إلى microcircuit
2. الجانب المنطقي للدوائر الرقمية
3. الجانب المادي للدوائر الرقمية

برنامج الدورة التمهيدية - النقاش حوله مرحب به:

الأسبوع 1. أساسيات المنطق الرقمي.

اليوم 1. دوائر مصغرة مع درجة صغيرة من التكامل ، وتمارين مع منطق اندماجي.
اليوم 2. دوائر مصغرة مع درجة صغيرة من التكامل ، وتمارين مع منطق تسلسلي.
اليوم 3. FPGA ، تمارين مع الأزرار ، مفاتيح ، LED ، مؤشر سبعة قطعة.
اليوم 4. FPGA ، إخراج الأشكال الهندسية إلى VGA.
يوم 5. FPGA ، آلة الدولة للعب الدبابات ، السباقات أو الطيور الغاضبة.

الأسبوع 2. المعالج

اليوم 1. البرمجة في لغة التجميع.
اليوم 2. دورة واحدة schoolMIPS المعالج.
اليوم 3. تكامل المعالج مع الانتهاء من الأشكال الهندسية على VGA.
اليوم 4. محاضرة عن الانقطاع وتعدد المهام. مشروع فردي - لعبة فيديو مبرمجة على المعالج مع إخراج إلى VGA.
يوم 5. محاضرة عن الناقل. منافسة المشاريع الفردية.

الأسبوع 3. الراديو القابلة للبرمجة. يتكون برنامج الكتلة من ثلاثة أجزاء رئيسية:

- أساسيات الديناميكا الكهربائية وانتشار الموجات الراديوية (الجزء النظري) ؛
- مبدأ تشغيل مسار الإرسال والاستقبال (النظرية والتطبيق) ؛
- أساسيات معالجة الإشارات الرقمية - الترشيح والتحليل الطيفي (النظرية والتطبيق).

اليوم 1. الأسس النظرية للديناميكا الكهربائية وانتشار الموجات الراديوية. المخطط الهيكلي لمسار الإرسال ، وظائف المكونات. إشارات (التوافقي ، مستطيلة). ممارسة إشارة باستخدام NI الفيس.
اليوم 2. نقل الإشارات إلى التردد العالي. مبرر رياضي لنقل التردد باستخدام Matlab. ممارسة عملية في نقل الترددات باستخدام NI Datex.
اليوم 3. تضخيم وانبعاث الإشارات. تدرب على استخدام NI Datex. مظاهرة اتجاهية الهوائيات.
يوم 4. تصفية الإشارة. تدرب على استخدام NI Datex. تصفية الإشارات الرقمية في ماتلاب
اليوم 5. نقل الإشارات إلى تردد منخفض. تدرب على استخدام NI Datex. تلخيص المواد المغطاة ، تلخيص.

بالمناسبة ، الكثير من المواد الخاصة بـ Stephen Hugg ، والتي أتطلع من خلالها إلى معلومات حول العفاريت ، وما إلى ذلك ، تأتي من معالج فيديو Texas Instruments TMS9918 القديم ، والذي كان موجودًا في جهاز الكمبيوتر Yamaha MSX الياباني ، والذي استوردته حكومة Gorbachev لحوسبة المدارس السوفيتية. عندما كنت تلميذًا بنفسي ، لم يكن من السهل حتى إدارة معالج الفيديو هذا من برنامج المجمّع الذي يعمل على معالج Zilog Z80 الرئيسي ، وتصميم معالج الفيديو هذا بشكل عام. نظرًا لاختراق تقنية أتمتة التصميم الإلكتروني (EDA) ، أصبح هذا ممكنًا للطلاب الحديثين ، وهو مفيد أيضًا في تدريس تصميم الرقائق الحديثة (كتاب ستيفن هاج - 2018).

ولكن بالنسبة لتلاميذ المدارس السوفيتية ذوي الشعر الرمادي الآن - هل تتذكر هذه اللعبة في ياماها؟


حول أتمتة التصميم الإلكتروني. بالإضافة إلى معسكر تلاميذ المدارس ، أنا وإليزابيث نساعد هنا في عقد حلقة دراسية حول مواضيع مماثلة للبالغين ، ولكن ليس في زيلينوغراد ، ولكن في لاس فيغاس ، في مؤتمر أتمتة التصميم - DAC ، وليس مع المعالجات التعليمية ، ولكن مع المعالجات الصناعية ، وليس مع المعالجات الصناعية الرسومات ، ومع المعالج الثانوي ل AI. هذه الندوة هي الخطوة التالية الطبيعية للطلاب الذين سيذهبون إلى المدرسة في Zelenograd ثم يدرسون في MIET و MEPhI و MIPT و HSE MIEM وجامعة موسكو الحكومية و ITMO و LETI و SSAU و NSTU والجامعات الأخرى حيث يقومون بتدريس عناصر مسار تصميم RTL- microcuituit إلى GDSII ، هندسة الكمبيوتر ومختبرات التوليف ل FPGAs / FPGAs.