книги хакеры / журнал хакер / 123_Optimized

Ключевоеслово, указывающеенапроцесс— always. Затемидеттак называемыйоператорожиданиясобытия«@» исписокчувствительностивскобках(смотриврезку). Амеждусловамиbegin иend — самотело процесса.

КактолькозначениепеременнойSysclock сменитсяс0 на1, регистр counter увеличитсянаединичку.

Всякие«нормальные» последовательныеоператоры («=»,«<=»,«if»,«case», etc.) разрешеноиспользоватьтольковнутрипроцессов. ПолныйсписокоператороввязыкеVerilog указанвоврезке. Есливместоalways стоитinitial, топроцессвыполнитсяоднократно.

5. Группыоператоров.

То, чтоограниченословамиbegin иend, называетсясоставнойгруппой. Этотожесамое, чтоифигурныескобкивязыкеCи.

АвотчегонетвСи, такэтопараллельныхгрупп:

reg[7:0] counter = 0; reg[7:0] anticounter = 0;

always @(posedge Sysclock) fork counter = counter + 1'b1;

//<--Операция раз

anticounter = anticounter — 1'b1; //<--Операция äâà

join

Здесьизменениерегистровcounter иanticounter будетпроисходитьпа-

раллельноводинитотжемоментвремени. Используяfork иjoin вместо begin иend, мырасходуемвдваразаменьшевремени, выполняяэтидве операциинезависимодруготдруга!

6.Модули.

Модули(module) вVerilog’е— эточто-тотипачерныхящиковилиблоков обработки. Большевсегоонипохожинафункциивалгоритмических языкахпрограммирования. Какифункции, модулиимеютвходныеи выходныепараметры.

ПРОСТОИНВЕРТИРУЕТВХОДНОЙБИТ

module Not (inputwire1, outwire1); input inputwire1;

//Не указываю разрядность, значит однобитовые параметры output outwire1;

reg outwire1; always @(inputwire1)

outwire1<=!(inputwire1);

endmodule;

Здесьиз«ящика» торчатдвапровода. Кактольконавходномпроводе меняетсязначение, оноинвертируетсяипоявляетсянавыходном.

Вскобкахмыуказываемвсепровода, какиеесть, аужевнутримодуля

—указываемих«направление». Портможетбытьвходной(input), выходной(output) идвунаправленный(inout).

>>

Задержки

Механизмы неидеальны, а свет имеет конечную скорость. Verilog не был бы языком описания железа, не умей он учитывать подобные проблемы.

По сути, главное знание, отличающее профессионального HDLкодера от новичка, — это правильное понимание того, что сигналы распространяются не мгновенно, и еще умение правильно составлять код для уменьшения задержек. В компиляторы под ПЛИС часто уже включена опция Timing Analysis, которая автоматически просчитает время распространения сигналов на кристалле. Все, что тебе остается, это убедиться, что максимальная задержка не превышает периода тактовой частоты твоего будущего процессора. Если нет — оптимизируй свой код.

Например, пользуйся неблокирующими операторами присваивания (<=) вместо блокирующих (=) везде, где только можно. Это позволит компилятору распараллелить копирование регистров и увеличит шансы, что операция выполнится до прихода нового

фронта синхроимпульса. В идеале, такое присваивание завершится через бесконечно малый промежуток времени, в моделировании обзываемый «дельта-задержкой» (для воспроизведения причинноследственных отношений), но в случае реального железа время будет ощутимое, хоть и в разы меньше, чем при использовании блокирующего присваивания.

Уважающийсебячерныйящикдолжениметьвнутрисебякакие-нибудь шестеренкиидвижущиесядетали, реагирующиенавнешниеимпульсы. Чтомыивидимпоключевомусловуalways.

Могутлибытьстатические, не«движущиеся» черныеящики? Да, могут.

ПРОСТОИНВЕРТИРУЕТВХОДНОЙБИТ

module Not1 (inputwire1, outwire1); input inputwire1;

//Не указываю разрядность, значит однобитовые параметры

output outwire1; reg outwire1;

assign outwire1 = !(inputwire1); endmodule;

Этотящикделаетвсетужеоперацию, ноужебезотслеживаниявнешних событий, — простонепрерывноинвертируетвходнойбит, статически выдаваяегонаружу. Шестеренокнет, затоестьнамертвозапаянные провода. Чуешьразницу?

7.Операции.

Здесь— все, кактыпривык, такчтовкратце:

Сложение (+), Вычитание (-),

Умножение (*), рекомендуется писать свою реализацию умножения

Целочисленное деление (/), Модуль (%),

Поразрядные И, ИЛИ, НЕ, XOR (&,|,~,^)

Логические И, ИЛИ, НЕ (&&,||,!), дают однобитовый результат

Операции отношения (==,!=,>,<,>=,<=)

Сдвиги (>>,<<)

А также есть интересная операция «склеивания», то есть конкатенации:

XÀÊÅÐ 03 /123/ 09

Пример триггера (D, RS)

Давай рассмотрим пример полностью готового и рабочего модуля для простого триггера — примитивного последовательного устройства. Этот черный ящик будет запоминать значение a или b в момент подачи на него сигнала clock.

Что именно он запомнит, будет зависеть от значения управляющего сигнала switch. При подаче сигнала reset модуль все забудет и станет выдавать 0.

Объедини миллиончик-другой таких триггеров в один корпус

— и ты получишь Пентиум :).

module trig(clock, a, b, switch, reset, out);

— RS-триггер, где Set — это "a", а Reset — "reset"

always @(posedge clock or posedge reset)//Если пришел клок или ресет

if (reset)

//Если ресет, то обнуляем выход out <= 0;

else

//Иначе обновляем значение out <= in;

endmodule

reg[7:0] Lights=8'b0000_0001;

...skip...

Lights[7:0] = { Lights[0] , Lights[6:1] };

То, чтосправа— имеетширину8 битисклееноизнулевогоиоставшихся семибитпеременнойLights. Вобщем, выведимысодержимоеэтого регистранаружунасветодиоды, наблюдалибыбегающий«огонек». На каждыйтакт«хвост» перемещаетсяв«голову» регистра, апотомнеторопливоползетназад. Итакпокругу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Лаконичныйматериалэтойстатьиужепозволиттебенаписатьнормальную, «взрослую» прошивкудлясвоейПЛИС. Ноэтолишьосновы, — тот минимум, которыйтыдолжензнать, садясьзакодинг.

Важноразмятьсвойпривыкшийкпоследовательнойлогикемозги представитьмеханизм, вкоторомпараллельнопроисходятдесятки взаимосвязанныхдвижений. Надеюсь, чтоподвигнултебякизучению чужихпримеровичтениюучебников. Можетбыть, когда-нибудьмытаки услышимосоздателесверхбыстройпроцессорнойархитектуры, читавшемвмолодости«Хакер». z

111

ВАДИМ «DOCTOR V_M_E_N» ДАНЬШИН

/ YURIK_YUROK2@MAIL.RU /

давнихвременпередчеловекомстоялипроблемыэнерге- С тики, будьтоотоплениекузниц, помещений, зданий, плавка

металловипроч. Дляэтихцелейвсегдаиспользовались различныевидытоплива, такназываемыеэнергоносители,

ионичастобыливдефиците. Например, дерево, уголь, газ, нефть… этот списокможнодолгопродолжать, изакончитсяондорогостоящимобогащеннымураномичистымводородом.

Атеперьпредставим, какбысложиласьнашажизнь, еслибыэнергиябыладоступнавсемикаждому. Нидлякогонесекрет, чтолюбое

веществосодержиточеньмногопотенциальнойэнергии, которуюможно высвободить, создаваяспециальныеусловия.

Насекундочкузадумаемся— чегонапланетеунасоченьмного? Верно, воды! Ну, такдавайженачнемсжигатьводуспользойдлячеловечества, темболеечтопослесгоранияводаконденсируетсявпар.

ЦЕЛИНАШЕГОИССЛЕДОВАНИЯ

Изобреститакоеустройство, котороемоглобы, какминимум, конкурироватьсобогревателямииинымиотопительнымисистемамидлядомов, коттеджейипредприятий, засчетполучения энергииприрасщепленииводы.

НОВАЯТЕОРИЯРАСПАДАВОДЫ

Давноужеразработаныпринципыработыустановки, позволяющей использоватьводувкачестветоплива(вспомнимячейкуМайквеста, пресловутыйаллюминиево-галиевыйводородныйдвигательит.д). На самомделе, тамневсетаксложно, и, чтобыэтопоказать— сегоднямы

попытаемсяприблизитьсякеереализации. Внашемслучаемытратим меньшеэнергии, чемдругиеаналоги. Ваналогахиспользуетсяочень мощнаяэлектродуга, котораявыделяетбольшуютемпературу. Подее действиемводасначалараспадаетсянакислородиводород, апотом ужеидетвозгораниекислородаит.д. Какгоритводород— тызнаешь. Возможно, слышал, какиз-заутечкиводородазасчитанныесекунды сгоралидирижабли, илипрожигалитолстостеннуюстальвметаллургии. Вновомметодеприменяетсяэффектмолекулярногорезонанса. Чтобы растолковатьидею, япопробуюизобразитьмолекулуводынаиллюстрациях— встадияхдоипослевоздействия.

Ужедавноизвестныявленияэлектростатическогораспыленияводы, котороезаставляетводуделитьсяподдействиемсильныхнапряжений. Ноподдействиемтокаспециальнойчастотымыполучим необычныйэффект, такой, чтоводаначнетрезонироватьнаатомарномуровне. Тутнадовспомнитьструктурумолекулыводы. Посути, мыимеемделосустойчивойсистемой, стремящейсякравновесию. Фишкавтом, чтолюбуютакуюсистемуможно, какправило, вывести изэтогосостояния(вкачествепримераможешьрассмотретьмаятник). Прираспадемолекулыводывыделяетсянекотороеколичествоэнергии. Мненеудалосьеезафиксировать, ноясмогзаписать звуковыеколебания, порождаемыеданнымрезонансом— колебания былиначастотепорядка60 герц. Смотривидеонадиске: донасэтого ещениктонезамечал! Наданныймоментязанимаюсьперестройкой своегогенераторанаэтучастоту, сцельювыяснить, ачтожебудет дальше?! Исамоеинтересное, чтонапоставленныйвопросниктоне ответит, кромеменясамого.

>>

ЗАМУТИМГЕНЕРАТОРИЗПОДРУЧНЫХСРЕДСТВ

Асейчасначнетсявеселаяпрактика. Мыстобойбудемна скоруюрукумастеритьгенераторвысоковольтноговысокочастотногонапряжениямощностью20 ватт. Наверное, уже думаешь, чтовсеокончитсянехваткойсредствнарадиодеталивмагазине? Ничегоподобного, тебевсеголишьпотребуетсястарый, ужепожелтевшиймониторилибабушкин советскийтелик(смотриврезкунаэтойстранице).

Тыужераздобылненужныйтеликитеперьнезнаешь, с какойстороныкнемуподобраться? Тутвсепроще, чем кажется. Нопреждечеммыстобойраскурочимнесчастныйвыжигательмозгов, ярасскажуотом, каконработает. Трубкакинескопа— это, посути, обычнаялампочка, внутри которойвакуум, различныепластинкииэлектроды. Смысл всейэтойконструкциивтом, чтобыкаждыйэлектрон, вылетающийизлуча«анодÆкатод», попалвстрогоопределеннуюячейкуматрицыэкранаснужнойскоростьюив нужноевремя. Нопосколькулучикунасдостаточнотонкий

ишустрый, разработчикирешилиоднимлучикомсбешеной частотойпрорисовыватьстрочкинаэкране. Отсюда, кстати,

ипошлоназвание«строчник» дляблокавысокогонапряжениявтелевизоре. Таквот, лучунасесть, ноязабылсказать, чтоонуправляетсямалоинтереснымидлянасмаломощнымисигналамииимпульсами, врезультатекоторыхэлектрон примагничиваетсявнужнуюсторонуизажигаетпиксель нужнымнамцветом. Кактыужепонял, насинтересовать могутследующиевещи:

•все, чтоидетотвилкипитания220 вольтдоосновной платы;

•всетолстыепровода, идущиеккинескопу(унихтолстая изоляция, какправило, красная)

•нуи, посколькунамненуженкинескоп, мысмелоберемкусачкииотстригаемвселишнее, мешающеевыдернуть«долгожданный» генератор. Режемвсешлейфаи тонкиепровода. Сразупредупреждаю, чтобабушкапосле этихзлодеянийдажегипотетическинесможетпосмотретьтелевизор. Отстриг? Молодец! Витоге, изплатыторчатдвапроводакрасногоцвета, одинизнихчутьтолще

— всеостальноетобойужесрезаноподкорень. Этидва проводаявляютсяплюсами. Агдежеминус? Минус— это земляилисамаямассивнаядорожканаплате, которая связанасбольшейчастьюрадиодеталейнасхеме. Иногдамассойтакжемогутявлятьсярадиаторыохлаждения, приусловии, чтоониосновательновпаянывплату.

Тыужехочешьувидетьискру? Тогдасмеловключайблок

генераторпотребляетза5 секундработыпримерно20 ваттэлектроэнергии. Дляиспарениямедицинскойиглы требуетсяэнергия100 ватт. Дажезавычетомвсевозможныхпотерьунасдолжноостатьсянемалоеколичество энергии, которойможетхватитьинаавтономность, ина потребителей.

Преимущества

•Дешевизна процесса.

•Доступность топлива для установки.

•Различные габариты (от размеров стиральной машинки до любых необходимых, — зависит от требуемой мощности).

•Безопасность. При непредвиденных ситуациях процесс расщепления воды можно мгновенно остановить.

•Экологичность. Установка не выделяет углекислого газа и озонирует воздух.

•Сравнительно небольшой вес установки.

•Конечная себестоимость реактора, по приблизительным оценкам, составит 150200 тыс. рублей.

>>

МолекулаводыH2O вобычномсостоянии

Схематичноеописаниеработыустановки (цифрамиобозначенпорядокиспользованияэлементов)

ПОДЫТОЖИМИМЕЮЩЕЕСЯ

Нувот, мыстобойпоставилицелуюуймуопытовпосжиганиюводы, новсеравно— сколькониуглубляйсявэтутему, явижубольшебелых пятен, нежелиответов. Постоянноможнонаходитьчто-тонастолько новоеималоизученное, чторукитакитянутсячто-нибудьпостроить!

Например, набазенашихисследованийвполнеможносоздатьнетолько высокоэкономичныесистемыотопления, ноиполностьюавтономную «водоплазменную» электростанцию, способнуювырабатыватьэнергию нетольконаподдержаниерезонатора, ноидляпотребителя. Построивтакуюустановку, реальнополучатьэлектроэнергиюи\илитепло. Запускатьсяонабудетотстартовогоаккумулятора. Аккумуляторможет бытьподзаряженотсамогореакторапослеегопрогрева. Отмечукрайне малыйрасходсжигаемойводы. Азасчетеевозвращениявкамерусгораниямыполучаемцифрыпорядка1 литрана200 киловаттэнергии(по приблизительнымподсчетам).

КЧЕРТУОТОПИТЕЛЬНЫЕСИСТЕМЫ!

Представимдиалогсинвестором. Допустим, онскажет— «Меняне интересуетотопление, чтовыможетепредложитьеще?».

Наосноведаннойтехнологииможноввестиследующиеинновации:

XÀÊÅÐ 03 /123/ 09

Прирезонансеуголмеждуатомамиводороданачинаетколебаться, что, вконечномитоге, разрушаетмолекулу

Высоковольтныйподогреватель

•Авиационныеикосмическиереакторы;

•Новыевидыбурильныхустановок;

•Промышленныеипортативныеочистители, опреснителиидезинфекаторыводы;

•Энергощиты, снижающиекинетическийуронтехнике;

•Портативныеустройствадлярезкитугоплавкихматериалов;

•Легкийреактивныйдвигатель;

•Оружие;

•Химическаяпромышленностьпопиролизуновыхвеществ.

Словом, ятебенемногоприоткрылпутьдляисследований, показалкоечтоготовоеидалпредставлениеободнойизтысячнаиинтереснейших технологий, которыедоступнычеловечеству. Водадосихпорплохоизучена, несмотрянаеекажущуюсядоступность. Толькоодномутебеизвестно, чего тысможешьдобиться, занимаясьэтойтематикой. Удачи. z

115