डिजिटल सर्किटरी की मूल बातें पर स्कूल: नोवोसिबिर्स्क - ठीक है, क्रास्नोयार्स्क - तैयार हो जाओ

2 से 5 अक्टूबर तक नोवोसिबिर्स्क में डिजिटल सर्किटरी, वास्तुकला और वेरिलोग के उपयोग की मूल बातें पर एक स्कूल आयोजित किया गया था। घटना का औपचारिक नाम: IEEE के तत्वावधान में आयोजित XIV अंतर्राष्ट्रीय वैज्ञानिक और तकनीकी सम्मेलन "इलेक्ट्रॉनिक इंस्ट्रूमेंटेशन की वास्तविक समस्याएं" APEP-2018 के ढांचे में नोवोसिबिर्स्क राज्य तकनीकी विश्वविद्यालय में स्नातक और स्नातक छात्रों के लिए एक स्कूल।

यह घटना मुख्य रूप से उन लोगों के उद्देश्य से थी जो:

• डिजिटल सर्किटरी और कंप्यूटर आर्किटेक्चर, डी। हैरिस, एस। हैरिस (जिसे एच एंड एच या हैरिस-ए-हैरिस के नाम से भी जाना जाता है) पुस्तक पढ़ें;
• वह अपने ज्ञान को व्यवहार में लाना चाहता है, लेकिन यह नहीं समझता है कि इसके लिए कौन से उपकरण और सॉफ्टवेयर की आवश्यकता है और यह नहीं जानता कि इसका उपयोग कैसे किया जाए;
• एक वरिष्ठ छात्र या स्नातक छात्र है और, जैसा कि अपेक्षित है, प्राप्त ज्ञान (विश्वविद्यालय में कार्यशालाओं, प्रयोगशाला कार्य आदि) का प्रसार करेगा।

घोषणा: साइबेरियाई संघीय विश्वविद्यालय (IKIT SFU) के अंतरिक्ष और सूचना प्रौद्योगिकी संस्थान में 6 से 9 नवंबर तक एक समान स्कूल की योजना है। स्कूल का संचालन एलिस लेस्कोव्स्काया द्वारा किया जाएगा, जो एक स्नातक छात्र है, एआईएस आईएस के डिजाइन इंजीनियर का नाम एम.एफ.शेतेनेव, साथ ही साथ उनके सहयोगियों: दिमित्री व्लासोव और बोरिस डुडकिन है। पंजीकरण के लिए संपर्क करें: leskovskayaav@yandex.ru

यदि आपकी स्थिति कम से कम "जूनियर FPGA डेवलपर" की है, तो उच्च संभावना के साथ आप इस पोस्ट में अपने लिए कुछ नया नहीं सीखेंगे। बाकी सब के लिए, बिल्ली में आपका स्वागत है।

क्यों जरूरी है?

एक समय (हाई स्कूल में वापस), इन पंक्तियों के लेखक ने वेरिलोग या वीएचडीएल का उपयोग किए बिना कंप्यूटर आर्किटेक्चर का अध्ययन किया: आप एक व्याख्यान में आते हैं, जिसके दौरान "कंप्यूटर" नामक एक ब्लैक बॉक्स कई छोटे ब्लैक बॉक्स पर रखा जाता है: "प्रोसेसर", " स्मृति ”, आदि। लेकिन वे अभी भी ब्लैक बॉक्स बने हुए हैं: आप अंदर "चढ़ाई" नहीं कर सकते, आप डिवाइस को "बदल" नहीं सकते। पाठ्यक्रम समाप्त होता है, लेकिन आपको अभी भी यह महसूस होता है कि आप "अस्पष्ट आंतरिक संरचना के जादुई निबंध" के साथ काम कर रहे हैं। सर्वोत्तम स्थिति में, आप उन्हें (प्रोग्राम) कॉन्फ़िगर कर सकते हैं। मेरे सिर में डिजिटल दुनिया की कोई समग्र तस्वीर नहीं है। यह अंदर कैसे काम करता है, इसकी कोई समझ नहीं है। वह समझ जो एक अच्छे इंजीनियर को "पास" से अलग करती है।

संपूर्ण चित्र प्राप्त करने के लिए, अध्ययन किए गए उपकरणों को बदलने और अपना स्वयं का निर्माण करने में सक्षम होना आवश्यक है। और यहां वेरिलॉग (या वीएचडीएल) हार्डवेयर में जांच के लिए FPGAs के साथ बचाव, सिमुलेशन सॉफ्टवेयर और सस्ती डिबग बोर्ड के लिए आता है। एक साधारण प्रोसेसर ( स्कूलएमआईपीएस ) 1-2 शाम में लिखा जा सकता है। और यह रॉकेट साइंस बिल्कुल भी नहीं है, कोई जादू नहीं।

डिजिटल दुनिया की एक समग्र तस्वीर को ध्यान में रखते हुए, अपने जीवन को माइक्रोकिरिस्क के विकास से जोड़ना आवश्यक नहीं है। लेकिन मेरा मानना ​​है कि जो लोग वास्तव में समझते हैं कि "मैजिक रीडिंग बॉक्स" कैसे काम करता है वे भयानक धीमी गति से प्रोग्राम नहीं लिखेंगे। मैं एक समानांतर आकर्षित करूंगा: एक हथौड़ा और एक कोठरी में पड़ी एक ड्रिल आपको कारपेंटर नहीं बनाती है। उसी समय, आप एक कील ड्राइव करने में सक्षम हैं, आप समझते हैं कि इन उपकरणों की आवश्यकता क्यों है, ऐसे मामलों में यह एक हथौड़ा का उपयोग करने के लायक है, आपको इसके बजाय एक माइक्रोस्कोप क्यों नहीं लेना चाहिए, और जब एक पेशेवर से संपर्क करना चाहिए।

स्कूल कार्यक्रम

स्कूल में काम अभ्यास-उन्मुख था। एच एंड एच में वर्णित सभी मुद्दों को चार दिनों के सिद्धांत और व्यवहार में लाना बहुत मुश्किल है। इसलिए, यह लक्ष्य निर्धारित नहीं किया गया था। पूरे सिद्धांत को विशेष रूप से अभ्यास के लिए आवश्यक राशि में दिया गया था। इसलिए, उन लोगों के लिए यह आसान नहीं था जिन्होंने पहले किताब नहीं खोली थी।

दिन 1

• हार्डवेयर विवरण के लिए भाषा और इसकी आवश्यकता क्यों है
• FPGA क्या है
• संयोजन तर्क की मूल बातें
• मूल तर्क तत्व और वेरिलोग पर उनका विवरण
• परीक्षण वातावरण (टेस्टबेंच)
• एक सिम्युलेटर (इकारस वेरिलोग, मॉडलिम) का उपयोग करके कॉम्बिनेशन सर्किट के संचालन की जांच करना
• संयोजन सर्किट संश्लेषण, इंटेल क्वार्टस और एक्सिलिनक्स विवाडो जीयूआई
• FPGAs पर लागू होने पर संयोजन योजना को किसके लिए संश्लेषित किया जाता है?
• डिबग बोर्ड का प्रोग्रामिंग
• डिबग बोर्ड पर परियोजना का सत्यापन
• मेकफाइल के बुनियादी ढांचे और गैर-परियोजना मोड में काम करते हैं
• मल्टीप्लेक्स और वेरिलॉग एचडीएल पर इसके विवरण के लिए तरीके
• डेमल्टीप्लेक्सर और वेरिलोग एचडीएल पर इसके विवरण के लिए तरीके
• केस स्टडी: 7-सेगमेंट संकेतकों के साथ काम करना
• वेरिलोग एचडीएल में सशर्त संकलन

दिन २

• संयोजन सर्किट और संकेत प्रसार समय
• घड़ी और श्रृंखला सर्किट
• वेरिलोग एचडीएल में विभिन्न प्रकार के असाइनमेंट
• डी-ट्रिगर और विभिन्न रूपों में वेरिलॉग पर इसका कार्यान्वयन: अतुल्यकालिक और तुल्यकालिक रीसेट, अनुमति पोर्ट लिखें
• FPGA के आधार पर कार्यान्वित करते समय किस क्रमिक परिपथ को संश्लेषित किया जाता है
• रजिस्टर और इसके कार्यान्वयन
• काउंटर और इसके कार्यान्वयन
• गतिशील और स्थिर अनुशासन
• मेटास्टेबिलिटी और सिंक्रनाइज़र
• अवांछित कुंडी, परिणाम और बचने के तरीके
• परिमित राज्य मशीनें (मूरा और मील्स)
• संक्रमण आरेख के रूप में मशीन की प्रस्तुति
• वेरिलोग एचडीएल पर मशीन का कार्यान्वयन
• जटिल ऑटोमेटा के डिजाइन के लिए सामान्य दृष्टिकोण
• वेरिलोग पर अल्ट्रासोनिक दूरी सेंसर के इंटरफ़ेस मॉड्यूल का चरण-दर-चरण कार्यान्वयन

दिन 3

• स्वतंत्र कार्य। FPGA के लिए 4x4 कीबोर्ड इंटरफेस मॉड्यूल का कार्यान्वयन
• स्वतंत्र कार्य। FPGA कैलकुलेटर कार्यान्वयन

दिन 4

• पाइपलाइनिंग की मूल बातें
• आर्किटेक्चर और माइक्रोआर्किटेक्चर
MIPS असेंबलर पर विकास के बुनियादी ढांचे
• MARS सिम्युलेटर के साथ काम करें
• SchoolMIPS के उदाहरण पर सबसे सरल एकल-चक्र प्रोसेसर को डिजाइन करना
• डेटा पथ और नियंत्रण डिवाइस
• प्रोग्राम को संकलित करना, सिम्युलेटर में प्रोसेसर शुरू करना और डिबग बोर्ड पर
• स्वतंत्र कार्य। प्रोसेसर को नए निर्देशों के लिए समर्थन जोड़ना

सामग्री

सभी पाठ्यक्रम सामग्री (स्लाइड, स्क्रिप्ट, स्रोत, साहित्य) ऑनलाइन ( जीथब , अतिरिक्त सामग्री ) उपलब्ध हैं। स्लाइड्स को एक संदिग्ध शैली में डिज़ाइन किया गया है, जब उन पर बहुत अधिक पाठ होता है, इस उम्मीद में कि इससे ऑफ़लाइन सामग्रियों से परिचित होना आसान हो जाएगा।

बोर्ड पर इंटेल मैक्स 10 एफपीजीए के साथ प्रैक्टिकल और स्वतंत्र कार्यों को मुख्य रूप से टेरासिक डी 10-लाइट मदरबोर्ड पर किया गया था। हमारे पास डिजिलेंट नेक्सिस 4 डीडीआर भी था, जिसने एक उदाहरण के रूप में एक्सिलिनक्स विवाडो के साथ काम का प्रदर्शन किया। दुर्लभ अपवादों के साथ, उदाहरण इस तरह से तैयार किए जाते हैं कि आप DE10-Lite और Nexys 4 DDR दोनों का उपयोग कर सकते हैं। इंटेल FPGA बोर्डों के साथ काम करने के पक्ष में विकल्प निम्नलिखित कारणों से है:

• DE10- लाइट नेक्सिस 4 डीडीआर से सस्ता है, जिसका अर्थ है कि यह अधिक छात्रों के लिए उपलब्ध है यदि वे घर पर या सीखने की प्रक्रिया के भाग के रूप में प्रयोग करना जारी रखना चाहते हैं;
• एक ही सरल परियोजनाएं जिस पर पाठ्यक्रम बनाया गया है, उसे Xilinx Vivado की तुलना में Intel Quartus के साथ कई बार तेजी से इकट्ठा किया जाता है। विवाडो के लिए मेरी सभी सहानुभूति के साथ, हमारे पास केवल 4 दिन थे।

वीडियो के बारे में क्या

जब कार्यक्रम की घोषणा की गई, तो मुझे प्रसारण या वीडियो रिकॉर्डिंग आयोजित करने के लिए अनुरोध प्राप्त होने लगे। दुर्भाग्य से, यह उस स्कूल संगठन के प्रारूप में फिट नहीं हुआ जिसे मैंने चुना था। हमारे पास कोई व्याख्यान नहीं था जैसे: कुछ स्लाइड, फिर अभ्यास। प्रश्न हैं - हम विश्लेषण कर रहे हैं, एक निरंतर संवाद, मजेदार चुटकुले और दर्शकों के चारों ओर घूम रहा है। कैमरे पर काम करने और दर्शकों के साथ एक उत्पादक संपर्क बनाने के बीच चुनना, मैंने दूसरा चुना। यह कैसे हुआ छात्रों को न्याय करने के लिए। कृपया समझ के साथ व्यवहार करें।

मुझे भी चाहिए

क्या आप एक शिक्षक हैं जो छात्रों को ज्ञान देने में रुचि रखते हैं? या आप एक छात्र हैं जो इस ज्ञान को प्राप्त करना चाहते हैं, भले ही शिक्षक इसे दें या नहीं? इस मामले में, भले ही आप इस कार्यक्रम में शामिल नहीं हो पाए हों, आपके पास विषय को स्वयं बनाने और / या प्रशिक्षण पाठ्यक्रम को बदलने / बनाने के लिए आवश्यक सभी जानकारी हैं:

• पुस्तक "डिजिटल सर्किटरी और कंप्यूटर वास्तुकला", जो इलेक्ट्रॉनिक रूप ( लिंक ) में नि: शुल्क उपलब्ध है, या कागज ( लिंक ) में खरीदी जा सकती है। यह पढ़ना आसान है, कल्पना के रूप में दूर जाता है। इसकी कम प्रवेश सीमा है - इसे पढ़ना शुरू करने के लिए कुछ विशेष ज्ञान की आवश्यकता नहीं है। हाल ही में, एआरएम वास्तुकला पर एक अतिरिक्त जारी किया गया है ( लिंक );
• पुस्तक के लिए कोड के उदाहरण उपलब्ध हैं, साथ ही स्लाइड (अंग्रेजी और रूसी संस्करण) जो आपके खुद के पाठ्यक्रम ( लिंक ) के निर्माण के लिए उपयोग किए जा सकते हैं;
• सस्ती डिबग बोर्ड: टेरासिक डे 10-लाइट , मेरी राय में , कीमत / गुणवत्ता अनुपात के संदर्भ में सबसे अच्छा है, उन लोगों के लिए $ 55 जो शैक्षणिक स्थिति (डिलीवरी को छोड़कर) साबित हुए हैं। ZEOWAA बोर्ड - जब आपको हर चीज को सेव करना हो। विकल्प काम कर रहा है, लेकिन किट के साथ आने वाले खराब-गुणवत्ता वाले यूएसबी केबल के कारण फर्मवेयर के साथ समस्याएं हो सकती हैं;
• वर्तमान स्कूल की सामग्री ( github , अतिरिक्त सामग्री ), साथ ही साथ YuriPanchul ( Silicon-russia.com , स्लाइड्स और बहुत कुछ ) द्वारा आयोजित अन्य कार्यक्रम।

कृपया उम्मीद न करें कि कोई आपके पास आएगा और "अच्छा" करेगा। आपका ज्ञान, यदि आप एक छात्र हैं, और आपके छात्रों का ज्ञान, यदि आप एक शिक्षक हैं, तो 99% आपके प्रयासों पर निर्भर हैं।

मैंने अपने लिए क्या सहन किया है

• 4 दिनों में, आप या तो बुनियादी चीजें रख सकते हैं (उन लोगों के लिए जो एच एंड एच नहीं पढ़े हैं), या कुछ और अधिक उन्नत (उन लोगों के लिए जो पहले से ही किताब पढ़ चुके हैं)। बेहतर है कि गठबंधन न करें।
• उन लोगों के लिए जिन्होंने पुस्तक नहीं पढ़ी है और FPGAs के साथ अनुभव नहीं है, उनके लिए माइक्रोक्रिस्केट्स के साथ काम करना शुरू करने की सलाह दी जाती है, जिसमें थोड़ी सी एकीकरण है, और उसके बाद ही FPGAs दें। यह बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि आपको मस्तिष्क को "प्रोग्रामिंग" के अपेक्षाकृत परिचित मोड से "सर्किट्री" के माध्यम से जल्दी से पुनर्निर्माण करने की अनुमति देता है। यह पहले से ही यूरी ( लिंक ) द्वारा लिखा गया था। दुर्भाग्य से, हम इस चरण से चूक गए।

धन्यवाद

• इस कार्यक्रम के आरंभकर्ता और NSTU के आयोजक व्लादिमीर मकुक्खा हैं;
• अपने मौजूदा स्वरूप में स्कूल को पकड़ना असंभव हो जाता अगर कुछ साल पहले उत्साही लोगों के समूह ने डिजिटल सर्किटरी और कंप्यूटर वास्तुकला का अनुवाद नहीं किया होता;
• नोवोसिबिर्स्क में मेरा आगमन आईवीए टेक्नोलॉजीज के भीतर मौजूद शैक्षिक पहलों के समर्थन के बिना संभव नहीं था;
• एक स्कूल का संचालन करना एक बड़ा सवाल था जब यह पता चला कि डिबग बोर्डों की खरीद के लिए विश्वविद्यालय को आवंटित धन नौकरशाही की गहराई में कहीं लटका हुआ था। बोर्डों को अंततः "एक धागे पर दुनिया के साथ" एकत्र किया गया था। मिखाइल शाद्रिन (NSU) ने कई नेक्सिस 4 डीडीआर उधार दिए। कुछ बोर्ड स्नातक छात्रों द्वारा खरीदे गए थे जो अध्ययन करने आए थे। अलेक्जेंडर रोमानोव (MIEM NRU HSE) द्वारा कई टैरेसिक बोर्ड आवंटित किए गए थे। लेकिन अभी भी पर्याप्त बोर्ड नहीं थे। यूरीपांचुल ने मदद की, जिसके बाद मिखाइल शुपेत्सोव (मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी) और मैंने जल्दी से उनकी खरीद का आयोजन किया। और तारेसिक के लोगों ने बिना किसी देरी के जल्द से जल्द शिपमेंट की व्यवस्था की।
• दिमित्री वालसोव, एंटोन कुलिचकोव और वालेरी बर्मिन ने स्कूल के संचालन में मदद की - हम टॉम्स्क ( लिंक ) में एक साल पहले मिले थे, और इस साल उन्होंने छात्रों को सिद्धांत और अभ्यास में मदद की।
• छात्रों के लिए बहुत धन्यवाद - नई चीजें सीखने की आपकी इच्छा के बिना और आपकी दृढ़ता के बिना हम सफल नहीं होते।

स्कूल की समीक्षा

अन्ना काज़मीना
4 दिनों के लिए <...> हम FPGA- आधारित विकास तकनीक में इतने डूब गए कि इसने वास्तविक उत्पादन में आधुनिक दुनिया में FPGAs का उपयोग करने के मेरे विचार को पूरी तरह से बदल दिया। पहले, शैक्षिक प्रक्रिया में, हमने FPGAs का उपयोग केवल समस्याओं के समाधान में तेजी लाने के लिए किया था, लेकिन अब हमने सीखा है कि माइक्रोकंट्रोलर विकास के लिए माइक्रोकंट्रोलर्स का उपयोग कैसे करें <...> इस स्कूल ने वास्तव में मेरी इतनी रुचि है कि मैं इस दिशा में विकास करने की योजना बना रहा हूं। ऐसी और भी घटनाएँ!

ओलेसा राडेंको
टीम को बहुत-बहुत धन्यवाद, जिसकी बदौलत NSTU में एक समान स्कूल आयोजित किया गया। FPGA प्रोग्रामिंग में "सिर झुकाकर" करने के अवसर के लिए धन्यवाद, यह जानने के लिए कि अन्य डेवलपर्स क्वार्टस, मॉडलसिम के साथ कैसे काम करते हैं, और परिचित होने के लिए भी, उदाहरण के लिए, विवाडो के साथ। इन 4 दिनों के दौरान मैंने अपने पुराने ज्ञान को समेकित किया और बहुत सी नई चीजें सीखीं, उदाहरण के लिए, एमआइपी के बारे में। <...> मैं अपने काम में अर्जित ज्ञान को लागू कर सकता हूं, जो हाल ही में एफपीजीए प्रोग्रामिंग के साथ निकटता से जुड़ा हुआ है

व्लादिस्लाव मेयर
शायद मैं यह नोट करना चाहता हूं कि सीमित समय के कारण, आप सामग्री की प्रारंभिक समझ के लिए पर्याप्त जानकारी प्रदान करने में कामयाब रहे। मुझे व्यक्तिगत रूप से हार्डवेयर प्रोग्रामिंग भाषा का कुछ बुनियादी ज्ञान था। लेकिन मेरे लिए मुख्य निकास सामान्य रूप से प्रोग्रामिंग पर दृष्टिकोण का परिवर्तन है। अब मैं एक अलग कोण से पहले से परिचित चीजों को देखता हूं और इन या उन मॉड्यूल को अलग तरीके से लागू करने का एक विचार है

एंटोन युपाशेवस्की
इन चार दिनों में, मैंने FPGA प्रोग्रामिंग को पूरी तरह से अलग तरीके से देखा, Verilog हार्डवेयर विवरण भाषा में, और वर्तमान में, FPGAs का उपयोग करते हुए। FPGAs और डिजिटल सर्किटरी पर ज्ञान का प्रारंभिक स्तर मुझे विश्वविद्यालय में और साथ में 4 साल का अध्ययन मिला
सबसे सरल संयोजन और अनुक्रमिक योजनाओं के साथ कोई समस्या नहीं थी, लेकिन तब
अधिक से अधिक जटिल और दिलचस्प दिखाई दिया और अंत में हमने खुद कर्नेल को प्रोग्राम किया
MIPS। इस स्कूल का एक बड़ा लाभ अभ्यास का एक बड़ा हिस्सा था।

मिखाइल किरीव
APEP-2018 में "फिजिक्स से चिप में" स्कूल के दौरान, वेरिलॉग के साथ काम करने पर डॉग्स की रूपरेखा तैयार की गई:
आपको हैरिस पुस्तक में महारत हासिल करनी चाहिए। कोड लिखते समय इस विषय में कई नुकसान होते हैं - बिल्कुल समान (तर्क के दृष्टिकोण से) ब्लॉकों को विभिन्न तरीकों से संश्लेषित किया जा सकता है <...> संश्लेषण से विकसित होने पर सिमुलेशन बहुत अधिक संभावनाएं देगा - वेवफॉर्म पर अधिक ध्यान दें। व्यावसायिक गतिविधियों में, आपको विभिन्न निर्माताओं से विभिन्न FPGA लाइनों के साथ काम करना होगा, <...> भविष्य में अपना समय बचाएं (स्क्रिप्ट और मेक-फाइल्स लिखना)। व्यावहारिक दृष्टिकोण से, कई मूल अनुक्रमिक और दहनशील पैटर्न पर विचार किया गया है; कन्वेयर, 4x4 कीबोर्ड, राज्य मशीनों के उदाहरण, सरलतम MIPS वास्तुकला और अन्य कार्य।

ZY मुझे इस स्कूल के बारे में पता चला और इसके शुरू होने के 12 घंटे पहले साइन किया गया, मुझे इस कार्यक्रम में शामिल होने का कोई अफसोस नहीं था, हालांकि हैरिस पुस्तक को पढ़ने से प्रदर्शन अधिक हो जाता।