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Quickfeather eos s3 logic cell (pp3)

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Quand on utilise la suite symbiflow pour synthétiser un projet sur le eFPGA (pp3) de la quickfeather on tombe sur des nom étranges de cellule logique.

Circuit Statistics:
  Blocks: 65
    .output   :       3
    ASSP      :       1
    BIDIR_CELL:       3
    C_FRAG    :       7
    F_FRAG    :       1
    GND       :       1
    Q_FRAG    :      22
    T_FRAG    :      26
    VCC       :       1

À quoi correspondent les blocks C_FRAG, T_FRAG, ASSP, … ?

Et il est assez compliqué de trouver la documentation correspondante. On retrouve une description en Verilog de ces blocs dans le répertoire suivant du SDK :

$ ls qorc-sdk/fpga_toolchain_install/v1.3.1/quicklogic-arch-defs/share/techmaps/quicklogic/pp3/techmap/
cells_map.v  cells_sim.v  lut2tomux2.v  lut2tomux4.v  lut3tomux2.v  mux4tomux2.v  mux8tomux2.v

Et plus particulièrement dans le fichier source cells_map.v qui semble décrire au moyen de plusieurs «FRAG»ment de module le schéma de la figure 36 de la datasheet (page 60).

Le schéma d’une «Logic Cell Block» trouvé dans la datasheet

En lisant le code du fichier cells_sim.v on trouve les relations suivantes dans le schéma.

Annotation du schéma de cellule logique à partir du fichier cells_sim.v

Les nom de signaux QDI et QDS ne se trouvent pas dans le fichier source, ils sont liés au multiplexeur situé devant la bascule D Q_FRAG et semble correspondre aux constantes CONST0 et CONST1 que l’on trouve dans les sources.

Pour les fragments T_FRAG et B_FRAG c’est moins clair en se servant du nom des signaux mais ils semblent liés à des bits de configuration que l’on trouve à gauche du schéma (BAS, BBS, TAS, …)

On imagine aisément que le FRAG correspond à Fragment mais les lettres préfixes sont moins claires.

Si on fait la liste des noms de block donnés au début on a

  • ASSP: celui là est plus clair. C’est le bloc qui assure la communication avec le microcontrolleur, avec les différents signaux de bus (Wishbone, SPI, …) ainsi que l’horloge, et autres signaux de contrôles.
  • BIDIR_CELL: Ça c’est un buffer d’entrée sortie `iopad`
  • C_FRAG: Cet enchevêtrement de multiplexeurs ressemble fort à une LUT avec une sortie retenue (C pour Carry).
  • F_FRAG: Là on a affaire à un simple multiplexeur deux entrées, pour faciliter le routage (routage rapide ?)
  • GND: bon bin … la masse quoi (mais qu’est-ce que ça vient faire là ?)
  • Q_FRAG: Q pour la sortie de la bascule D Flip flop.
  • T_FRAG: ?
  • VCC: L’alim, …
  • B_FRAG: celui là n’est pas dans le rapport de routage mais se trouve dans le code verilog, il ressemble à T_FRAG.

Tout cela n’est pas parfaitement claire.

Et surtout on aurait aimé avoir un schéma d’architecture du eFPGA comme on peut le voir dans les datasheet des autres constructeur. Avec l’alignement des différentes cellule et une description graphique des entrées sorties.

C’était juste une prise de note (susceptible d’évoluer comme d’habitude) pour tenter de comprendre ce FPGA à la documentation pas très claire.

[Edit 2024/01/19]

J’ai eu des réponses sur le site officiel \o/ Il y a plus de détails du coup. Je vais pouvoir continuer mes investigations.

EOS S3, le bitstream libéré !

bitstream, blog, Matériel, outils, , , ,

[Dépêche initialement paru sur LinuxFR]

Pour configurer les différentes connexions des blocs de logiques contenus dans un FPGA il faut lui fournir un fichier de configuration appelé «bitstream». Quand on parle de libération des FPGA, on pense principalement à la publication de ces spécifications .
Jusqu’à présent, cette « libération » s’est faite, pour une poignée de FPGA (majoritairement Lattice), par ingénierie inverse. Donc jamais à l’initiative du constructeur, ce dernier n’ayant même pas toujours connaissance de projet d’ingénierie inverse à destination de ses produits. Et il faut aller fouiller dans d’obscurs fils Twitter et autre forums de bidouilleurs pour les découvrir.

Mais la libération s’accélère, et une petite société peu connue dans le monde du FPGA vient de lancer un produit basé sur des outils opensource pour le développement : l’EOS S3.

Comme on peut le voir dans le diagramme bloc ci-dessous, le produit est en fait un microcontrôleur Cortex-M4 qui possède une zone périphérique «de FPGA» appelé eFPGA.

EOS S3 Block Diagram

La société Quicklogic a considéré que développer des logiciels de synthèse et de placement routage n’était pas son métier. Elle s’est donc « contenté » de l’adapter aux logiciels open source de la suite symbiflow.

Pour la première fois dans l’histoire des FPGA, nous avons donc une société qui affirme documenter son « bitstream » et qui propose des outils libres pour le développement. C’est un événement que beaucoup attendaient depuis des dizaines d’années !

Bon le (tout petit) FPGA ne concerne qu’une partie du composant. Mais c’est un bon début, et l’utilisation de logiciels libres reste la philosophie de la société pour le développement de ce produit. Comme dit dans les avantages de la fiche marketing du kit de développement :

« No more multi Gigabyte software installs, no more of the hassles associated with proprietary tools, no more vendor-specific hardware incompatible with the industry. »

eFPGA

La datasheet nous dit que la partie FPGA (celle qui nous intéresse ici) est composée de :

  • 891 cellules logiques
  • 8 blocs de RAM double ports de 8Kbits
  • 2 multiplieurs câblés de 32×32 bits
  • 32 I/O configurables

Alors certes, on est très très bas dans la gamme des FPGA du marché. Mais on peut déjà envisager faire des petites choses intéressantes avec. Surtout qu’il n’y a pas que le FPGA dans ce microcontrôleur.

Kit de développement QuickFeather

Le kit est encore en phase de lancement, même s’il semble que certaines développeuses aient déjà reçu la carte pour faire des tests. Le tarif de $50 n’est pas prohibitif pour en envisager l’acquisition à des fin de tests. Les frais de port de $80 par contre posent problème, surtout s’il faut ajouter des frais de douane.

Bref, ça n’est pas du vaporware puisque les composants existent, mais il est pour l’instant difficile d’en dire plus concernant les outils. Dans tous les cas une nouvelle très rafraîchissante, et une accélération de la libération des FPGA qui fait plaisir !

[Édition le 17 juin 2020]

L’entreprise qui est derrière ce nouveau produit est Antmicro. Une entreprise qui fait de la conception FPGA/ASIC à base de logiciel libre.
Il semble également qu’ils aient été aidé par google.

Le communiqué de Antmicro.

Et en plus du EOS S3, Quicklogic lance une gamme de FPGA «discret» : le PolarPro 3E. Également basé sur une chaîne de développement libre \o/