Vers du matériel libre
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- Claire Gamache
- il y a 8 ans
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1 Février 2011
2 La liberté du logiciel n est qu une partie du problème.
3 Winmodems
4 Modem traditionnel Bon fonctionnement Plus cher Electronique propriétaire Blob sur DSP intégré au modem Bien reçu par les libristes Modifications difficiles Winmodem Idem Très bon marché Idem Blob sur CPU de l ordinateur Mal reçu par les libristes Modifications plus faciles
5 Pourquoi regarder plus loin que les spécifications du matériel?
6 Transparence des technologies.
7 Nouveaux modèles de fabrication du matériel.
8 Libertés pour les utilisateurs finaux.
9 Logiciel Spécifications du matériel Conception logique (HDL) Implémentation en semiconducteurs Fabrication des semiconducteurs Schémas électroniques traditionnels et circuits imprimés Mécanique
10 Logiciel Spécifications du matériel Conception logique (HDL) Implémentation en semiconducteurs Fabrication des semiconducteurs Schémas électroniques traditionnels et circuits imprimés Mécanique
11 Openmoko
12 CC-BY-SA, Pas de PCB
13 Arduino
14 CC-BY-SA
15 CC-BY-SA
16 Ben Nanonote
17 CC-BY-SA
18 CC-BY-SA
19 Milkymist One
20 CC-BY-SA
21 CC-BY-SA
22 Kicad GNU GPL
23 geda GNU GPL
24 Logiciel Spécifications du matériel Conception logique (HDL) Implémentation en semiconducteurs Fabrication des semiconducteurs Schémas électroniques traditionnels et circuits imprimés Mécanique
25 Boîtier Openmoko CC-BY
26 QCad et boîtier Milkymist One GPL (QCad), CC-BY-SA (boîtier)
27 RepRap
28 Logiciel Spécifications du matériel Conception logique (HDL) Implémentation en semiconducteurs Fabrication des semiconducteurs Schémas électroniques traditionnels et circuits imprimés Mécanique
29 Pourquoi s intéresser aux semiconducteurs?
30
31
32 source : visual6502.org
33 source : visual6502.org
34 source : visual6502.org
35 Logiciel Spécifications du matériel Conception logique (HDL) Implémentation en semiconducteurs Fabrication des semiconducteurs Schémas électroniques traditionnels et circuits imprimés Mécanique
36 Très coûteux Haute technologie Secrets industriels
37 MOSIS Jeri Ellsworth home chip fab
38 FPGAs Silicium reconfigurable ( CD-RW ) Accessibles Moins performants qu une puce sur mesure Outils de développement propriétaires
39 Logiciel Spécifications du matériel Conception logique (HDL) Implémentation en semiconducteurs Fabrication des semiconducteurs Schémas électroniques traditionnels et circuits imprimés Mécanique
40 Magic MIT
41 Toped GPL
42 Comment faire pour 125 millions de transistors?
43 Logiciel Spécifications du matériel Conception logique (HDL) Implémentation en semiconducteurs Fabrication des semiconducteurs Schémas électroniques traditionnels et circuits imprimés Mécanique
44 Elever le niveau d abstraction.
45 Langages de description du comportement du matériel (HDL).
46 Outils de synthèse automatiques.
47 Outils de synthèse Propriétaires et fonctionnels : Très chers Interviews (parfois!) Location de licences Serveurs de licences NDAs Gratuits pour certains FPGA Libres et pas encore fonctionnels : Alliance LLHDL
48 Outils de simulation Bon choix de solutions libres fonctionnelles : Verilator GPL Cver Icarus Verilog GHDL
49 OpenSPARC
50 LEON3/GRLIB
51 LatticeMico32
52 Milkymist SoC
53 Logiciel Spécifications du matériel Conception logique (HDL) Implémentation en semiconducteurs Fabrication des semiconducteurs Schémas électroniques traditionnels et circuits imprimés Mécanique
54 Débuts et objectifs du projet Milkymist
55 VJing
56 MilkDrop
57
58
59 Processus itératif simple : Tracer des objets à l écran onde bordures sprites, video live programmable (patch), langage de script possibilités d interaction Tordre l image zoom, rotation, warping,... distorsion programmable également Recommencer!
60 Ordinateur embarqué.
61 Interfaces (video, MIDI, DMX,...) intégrées.
62 Faible latence.
63 Difficultés Taille, vitesse et coût d un FPGA Objectif : produit commercialement viable Equilibre entre matériel et logiciel (cf. winmodem) Le logiciel est bon marché et lent, le matériel est cher et rapide Problèmes liés à la mémoire : taille, bande passante, latence Puissance de calcul Distorsion de l image Exécution du patch
64 Choix du coeur de CPU (OpenSPARC, LEON3, LM32,...)
65 Périphériques de base.
66 Port série.
67 Mémoire flash.
68 Bus d interconnexion.
69 Entrée-sorties mappées en mémoire.
70 /* notice the use of volatile */ volatile unsigned int *my_peripheral; /* peripheral memory mapped at 0xc */ my_peripheral = (unsigned int *)0xc ; /* write word to peripheral */ *my_peripheral = 0xbaadf00d; /* read word from peripheral */ printf("result: %08x\n", *my_peripheral);
71 Interruptions.
72 Exemple : port série. Registre de données à 0xe Interruption 0 après un caractère complètement reçu. Interruption 1 après un caractère complètement envoyé.
73 void transmit(char c) { /* ecriture du caractère */ *((volatile unsigned int *)0xe ) = c; /* attente de la fin de l envoi */ while(!(lm32_interrupts_pending() & (1 << 0))); /* acquittement de l interruption */ lm32_interrupt_ack(1 << 0); }
74 char receive() { /* attente de réception */ while(!(lm32_interrupts_pending() & (1 << 1))); /* acquittement de l interruption */ lm32_interrupt_ack(1 << 1); /* lecture du caractère */ return *((volatile unsigned int *)0xe ); }
75 Accès direct à la mémoire (DMA). Les périphériques peuvent écrire directement en mémoire. Accès maître au bus (au même titre que le CPU). I/O ou accélérateurs de calculs. Bénéfice : performance!
76 char buffer[8192]; void start_process() { (...) /* remplissage du buffer */ /* programmation de l adresse du buffer */ *((volatile unsigned int *)0xc ) = (unsigned int)buffer; /* démarrage du calcul dans le périphérique */ *((volatile unsigned int *)0xc ) = 1; /* CPU disponible pour d autres calculs! */ } void on_dma_interrupt() { /* le périphérique envoie une interruption à la fin */ get_results(buffer); ack_interrupt(); }
77 Périphériques DMA dans Milkymist Affichage VGA Ethernet Audio AC 97 Entrée vidéo Accélération graphique
78 VGA
79 Framebuffer lu par DMA Rafraîchissement de l écran automatique Données dans l ordre du scan VGA 16 bits par pixel (RGB565)
80 Problèmes de bande passante mémoire Task VGA frame buffer, 1024x768, 75Hz, 16bpp Distortion : texture mapping, 512x512 to 512x512, 30fps, 16bpp Live video : texture mapping, 720x576 to 512x512 with transparency, 30fps, 16bpp Scaling : texture mapping, 512x512 to 1024x768, 30fps, 16bpp Video echo : texture mapping, 512x512 to 1024x768 with transparency, 30fps, 16bpp NTSC input, 720x576, 30fps, 16bpp Software and misc. Total Bandwidth 950Mb/s 250Mb/s 300Mb/s 500Mb/s 900Mb/s 200Mb/s 200Mb/s 3.3Gb/s
81 Capacité nécessaire de plusieurs Mo = mémoire externe.
82 Un chip DDR SDRAM à 100MHz : Quelques dollars Maximum de 2 transferts par cycle : 200Mt/s 16 bits par transfert 3.2 Gb/s de bande passante maximum
83 Latence mémoire
84 Heuristique des transferts en rafale (burst).
85 Heuristique des transferts en rafale (burst). Très simple à implémenter. Fonctionne naturellement pour le scan VGA. Idem pour l acquisition video. Logiciel : cache, principe de localité spatiale et temporelle. Distorsion d image : étudié dans la suite.
86 Distorsion d image?
87 Plus formellement : Texture mapping dans OpenGL On couvre l image cible d un maillage A chaque sommet (vertex) du maillage : attribution de coordonnées de l image source (texture) Remplissage de chaque maille avec interpolation linéaire des coordonnées
88 Performance? 1024x768, 30fps = 24Mpixels/s Horloge 100MHz = 4 cycles/pixel Implémentation naïve : 100 cycles calcul + 12 cycles lecture mémoire + 12 cycles écriture mémoire Ouch!
89 Solutions? Meilleur algorithme (basé sur Bresenham) Parallélisme SIMD (même opération sur données indépendantes) Pipeline Accès mémoire intelligent : cache, tampon d écriture
90 Problème de la lecture mémoire La lecture occupe déjà 12 cycles, et nous en avons 4 maximum! Idée : utiliser les transferts en rafale et un cache...
91
92 Cache direct-mapped
93 Cache de 32Kio = 95% de hits Temps moyen = 0.05*(12+3) *1 = 1.7 cycles!
94 Performance système (Mpixels/s) mesurée
95 Calcul des sommets (vertices) Grille 64x64, 30 fois par seconde, horloge 100MHz Calculs flottants assez lourds (est. 470 opérations de base/sommet 1 ) Contrainte : CPI < 1.73 Logiciel traditionel (+ FPU) : CPI > 5 1 pour 150 ops de base, 8 divisions/racines, et 20 trigo ; divisions/racines = 15 ops, trigo = 10 ops
96 Exécution en désordre (out-of-order execution).
97 Patch Inst. Cycles CPI Default The Tunnel Warp of Dali Digital Flame Wormhole Pillars
98 Conclusions : Il existe aussi du matériel libre! Un algorithme peut être aussi bien en logiciel qu en matériel. Il faut considérer un système dans son ensemble. Les circuits intégrés sont importants. Vous pouvez expérimenter avec des FPGA. Milkymist One est disponible dans le commerce... Autre source en ce moment : récupération de cartes de conversion HDTV Quelques techniques classiques de l industrie des microprocesseurs : Memory mapped I/O, DMA Parallélisme Transferts mémoire en rafale (burst) Caches Exécution en désordre... Merci pour votre attention!
Sur un ordinateur portable ou un All-in-One tactile, la plupart des éléments mentionnés précédemment sont regroupés. 10) 11)
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