Размеры транзисторов в современных микросхемах неумолимо уменьшаются — несмотря на то, что о смерти закона Мура говорят уже несколько лет, а физический предел миниатюризации уже близок (точнее, в некоторых местах его уже успешно обошли). Тем не менее, это уменьшение не приходит даром, а аппетиты пользователей растут быстрее, чем возможности разработчиков микросхем. Поэтому, кроме миниатюризации транзисторов, для создания современных микроэлектронных продуктов используются и другие, зачастую не менее продвинутые технологии.

Transistor feature size is decreasing despite constant rumors about the death of Moore’s law and the fact that industry is really close to physical limits of miniaturisation (or even went through them with some clever technology tricks). Moore’s law, however, created user’s appetite for innovation, which is hard to handle for the industry. That’s why modern microelectronic products aren’t just feature size scaled, but also employ a number of other features, often even more complicated than chip scaling.


Disclaimer: This article is a slightly updated translation of my own piece published on this very site here. If you're Russian-speaking, you may want to check the original. If you're English-speaking, it's worth noting that English is not my native language, so I'll be very grateful for the feedback if you find something weird in the text.

Введение

Для некоторых людей FPGA SoC является чем-то недоступным пониманию и данная статья должна исправить это недоразумение. Разберем создание программы с нуля, от пустого проекта, до горящего светодиода. Для начала скажу, что проект выполнялся на отладочной плате DE1-SoC, и вы можете с легкостью адаптировать его для других плат с плисами фирмы Аltera, если разберетесь с данным руководством. Начнем!

Если вы читали мою предыдущую статью, вероятно вам интересна эта тема и вы хотите узнать больше. В этой статье рассмотрим очень частную, не простую, но от этого не менее необходимую задачу запуска двух разных Baremetal приложений на разных ядрах SoC Cyclone V. По сути такие системы называются AMP — asyncronus multi-processing. Чуть не забыл сказать, что на русском языке вы не найдете другого более правильного и подробного руководства к созданию таких систем, так что читаем!

Мы уже смирились с тем, что рост тактовой частоты процессоров остановился и производители пошли по пути распараллеливания вычислений. Однако и число ядер типичного процессора общего назначения, быстро одолев отметки 2 и 4, остановилось в районе 8. Некоторые даже собрались хоронить закон Мура.

У такого застоя есть объективная причина. Если разница между 2, 4 или 8 ядрами скорее количественная, то уже 16-ядерный процессор сталкивается с принципиальными ограничениями традиционной архитектуры. Дело в том, что на протяжении последних нескольких десятилетий основой коммуникации между отдельными IP-блоками чипа служила шина. Пока блоков было немного, она справлялась, но когда начали плодиться ядра, эта архитектура исчерпала себя. Шина представляет собой общую среду передачи данных, к которой подключено несколько блоков процессора. В каждый момент времени один блок может передавать данные, а все остальные — получать. Если нескольким блокам нужно передавать одновременно — возникает коллизия, а значит и задержка. При числе ядер больше восьми задержки становятся неприемлемо большими, практически полностью перечёркивая преимущества параллельной работы нескольких ядер.

Число ядер можно увеличить ещё немного, разделив шину на несколько сегментов, объединённых мостами, однако это скорее «костыль», который плохо масштабируется и не решает основную проблему. Настоящее решение, которое позволит объединять сотни блоков на одном чипе — это хорошо известная всем сеть с коммутацией пакетов, или Network on Chip.

UPD 21.09.16: BusyBox теперь успешно запускается.


Вдохновившись серией статей на сайте проекта Марсоход, в которых автор пытается запустить на FPGA-плате Марсоход 2 открытую систему на кристалле Amber SoC и Linux, я решил попробовать повторить этот опыт на своей плате Terasic DE2-115. Но, вместо древней как говно мамонта устаревшей версии Linux 2.4.27, я буду запускать последнюю версию Linux на данный момент — 4.8.0-rc5.