Konkurs - do czego wykorzystasz FPGA? WYNIKI

Witam, zacznę jako pierwszy, z głównym pomysłem jaki chodzi mi po głowie:

Zgłoszenie numer 1 do konkursu FPGA:

"Przetwornik cyfrowo-analogowy DAC dla systemu audio".

...oraz drugim:

Zgłoszenie numer 2 do konkursu FPGA:

"Detekcja ruchu - w przypadku wielu kamer - w systemie monitoringu video."

Bardzo ciekawy konkurs i dobre nagrody. Można zacząć od czystej teorii, a później przetestować swoje pomysły w praktyce i przy okazji nauczyć się czegoś nowego. Po teoretycznym zbadaniu możliwości FPGA wystarczy przedstawić dobry pomysł na wykorzystanie możliwości tych układów. Jest szansa na realizację praktyczną swojego pomysłu i zaprezentowanie efektów jakie udało się osiągnąć.

Patrząc na zgłoszenia które się pojawiły, uważam że poza hasłowym przedstawieniem pomysłu, warto dodać szczegóły techniczne pomysłu na realizację w FPGA, oraz ogólne informacje dlaczego FPGA dobrze nadaje się do realizacji umieszczonej propozycji.

Zgłoszenie numer 3 do konkursu FPGA

gulson wrote:

Co chcielibyście zrealizować na platformie maXimator?

Zapoznać się z MAX10, rzucić do pudła i zaprojektować coś własnego.
Sorry, ale ta płytka to jakaś pomyłka. Gdzie RAM?
42KB to stanowczo za mało!
Tylko nie mydlić mi tu oczu ceną. Można było zostawić miejsce na pamięć do wlutowania przez użytkownika, nic by nie kosztowało.

@piotr_go
Nie chcę bronić tego produktu, jako że jestem z nim związany, ale znam też co nieco kulisy jego powstania. I nie chodziło tu o cenę kostki RAMu, ale o to, że płytka została zrobiona na dwóch warstwach i już nie było jak poroutować prawidłowo sygnałów do RAMu.

piotr_go wrote:

zaprojektować coś własnego.

To możesz zrobić i nie mając maXimatora - w sumie podejmiesz wyzwanie?

piotrva wrote:

To możesz zrobić i nie mając maXimatora - w sumie podejmiesz wyzwanie?

Sprawdź moje projekty w dziale DIY.
Co prawda na MAX10 nic nie robiłem, ale jest coś z Cyclone IV.

piotrva wrote:

płytka została zrobiona na dwóch warstwach

??? I nikt się nie czepiał o spełnianie norm?

Czy krótki opis pomysłu jest wymagany? Jeśli tak to uzupełnię swój poprzedni post w najbliższym czasie.

---
Druga sprawa, tak zupełnie poza konkursem, ale w temacie FPGA, wpadł mi kolejny pomysł... Raczej trudny, czy bardzo trudny, ale też równie ciekawy:

"System omijania przeszkód dla statku powietrznego typu UAV".

Pomysł zaczerpnięty z gotowego produktu dostępnego na rynku - drona Skydio 2 ( https://www.skydio.com/ ). Obawiam się, że mocno wykracza poza możliwości tej płytki, jak i pewnie możliwości wielu początkujących (w tym mnie), ale podzieliłem się nim ze względu na to, że jest interesujący i - w mojej ocenie - pasuje "jak ulał" dla układów FPGA. Może ktoś się podejmie? Nie będę pytał "dlaczego takich zabawek nie produkuje się u nas w kraju?" - bo to temat na inny wątek (być może go poruszę niedługo na elektrodzie).

@piotr_go
Znalazłem 2 tematy (jeden z nich pamiętam, że byłem zainteresowany)
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3251856.html
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3085689.html

Pierwszy to nakładka, więc trochę inny typ zestawu, na drugim użyłeś PCB >2 warstwy, więc trochę inna kategoria wagowa

@piotr_go ile pamięci RAM byłoby akceptowalne? SRAM czy DRAM?
Nie jestem pewny czy dla kogoś kto zaczyna z FPGA dostępność dużej ilości RAM to sprawa krytyczna?

@CC_PL zapytaj organizatora, ale jak dla mnie to pomysł powinien być osadzony w rozpoznaniu możliwości technicznych, analizie i pomyśleniu co nam daje wykorzystanie FPGA. Taka analiza przed praktyczną implementacją w przypadku gdy wygra się zestaw.

Jeżeli masz ciekawe informacje o autonomicznym omijaniu przeszkód przez UAV to śmiało, spróbuj opisać, mogą pojawić się osoby dobrze znające temat.

piotrva wrote:

na drugim użyłeś PCB >2 warstwy, więc trochę inna kategoria wagowa

BGA vs 4 warstwy...

TechEkspert wrote:

@piotr_go ile pamięci RAM byłoby akceptowalne? SRAM czy DRAM?

Dla początkujących raczej SRAM.
128kB/16b 10ns absolutne minimum. Najlepiej pcb zaprojektować tak żeby się dało zmienić na 1MB.

TechEkspert wrote:

Nie jestem pewny czy dla kogoś kto zaczyna z FPGA dostępność dużej ilości RAM to sprawa krytyczna?

Wyjście HDMI/VGA i brak ramu?

@CC_PL
Myślę, że parę zdań o pomyśle to dobry sposób aby przekonać nas o możliwości jego realizacji w praktyce.

@piotr_go
O ilości ramu też pisze w książce jako pewna wada maXimatora (poniżej screen z publicznie dostępnego wstępu)

Faktem jest, że każda płytka ma swoje wady i zalety - ale żeby porównywać warto wziąć pod uwagę konkurencyjne oferty z podobnego zakresu cen i celowane pod podobnych użytkowników.

Dodano po 2 [minuty]:

piotr_go wrote:

Wyjście HDMI/VGA i brak ramu?

Owszem z jednej strony to pewne utrudnienie, z drugiej pewne wyzwanie jak poradzić sobie z tym ograniczeniem.
W książce prezentuję jak zrobić wyświetlacz znakowy bez ramu pokrywającego piksel-po-pikselu ekran, zaś moi koledzy zrobili na tym zestawie kartę graficzną generującą ramki figur 3d.

piotrva wrote:

(poniżej screen z publicznie dostępnego wstępu)

3 bity koloru też mało. 6b minimum. (do 16 kolorowej palety CGA)
Mam nadzieję że autorzy czytają tego posta i uwzględnią moje sugestie w ewentualnej nowszej wersji płytki.

piotrva wrote:

W książce prezentuję jak zrobić wyświetlacz znakowy bez ramu pokrywającego piksel-po-pikselu ekran

Jasne, sam od generowania takich pierdół zaczynałem. Jednak dość szybko chce się czegoś więcej i wtedy mały ram jest sporą przeszkodą.

Wszedłem zachęcony konkursem, a tutaj ostra dyskusja na temat wad płytki, która jest do wygrania. W ten sposób, to można ubić każdy pomysł, bo kto z początkujących w FPGA będzie chciał płytkę, która nie ma nawet 1 MB SRAM, nie mówiąc o 24-bitowym kolorze na VGA?

A ja się zastanawiam, czy jest szansa zbudować na tym zestawie system do testowania torów audio? Generator z regulacją częstotliwości w zakresie 8-24000 Hz, sinus o zniekształceniach <0,1%, z regulacją amplitudy 0,1-1 V. Do tego generator szumu białego, różowego i brązowego. Gdyby jeszcze dało się to sterować z komputera albo telefonu, to może powstało by coś pożytecznego.

Mam pytanie dot. softu.
Czy działa to sensownie?
Pytanie lakoniczne, ale chodzi mi o to czy ma to znamiona przyjaznego środowiska, od łatwej instalacji, braku gigabajtów do ściągnięcia, konieczności zainstalowania wirtualnej maszyny pod WinXP, upierdliwej rejestracji u producenta itp.
Czy po prostu instalujemy i możemy działać, a na koniec jak ten, wg tego wątku, do niczego nadający się krzem o małych zasobach, można łatwo zamienić na coś większego i dalej kontynuować zabawę, a najlepiej z łatwością przerzucić na własne PCB (sensowne obudowy dla amatora).

Soft ma niestety parę GB (Quartus Lite), ale pobieramy go bez generowania żadnego klucza licencyjnego.
I tak, potem w tym samym sofcie zaprogramujemy dowolny FPGA od Intela.
http://fpgasoftware.intel.com/18.1/?edition=lite&platform=windows

Dodano po 1 [minuty]:

Marek_Skalski wrote:

A ja się zastanawiam, czy jest szansa zbudować na tym zestawie system do testowania torów audio?

Po dodaniu sensownego przetwornika DAC - jak najbardziej.

Zgłoszenie numer 4 do konkursu FPGA

gulson wrote:

Co chcielibyście zrealizować na platformie maXimator?

Chciałbym wykorzystać wiedzę zdobytą na zajęciach z Techniki Mikroprocesorowej aby móc zaprogramować w FPGA architekturę Harwardzką mikroprocesora, którą wykorzystam do zbudowania szybkiego regulatora PID.

Zgłoszenie numer 5 do konkursu

Wykorzystałbym do nauki, z racji tego że jestem "przyzwyczajony" do używania technologii TTL w prostych rozwiązaniach. A na etapie mikro-kontrolerów w zasadzie dopiero "raczkuję", aczkolwiek to czego potrzebuję dam radę zrobić( oprogramować czy to w Arduino IDE, czy w niesławnym Bascom'ie ). A mam kilka projektów z dawnych lat, które chciałbym przenieść na nowocześniejszą platformę ( np. sterownik silników krokowych reluktancyjnych trójfazowych, bagatela ok. 20 układów TTL dla dwóch silników ze sterowaniem Step/Dir/Enable i pracą full/half step ). Owszem, zestaw znacznie przerasta moje potrzeby, ale lepiej zaczynać na mocniejszym sprzęcie i powoli wciskać zapotrzebowanie na coraz słabsze układy. Mam też w planach odbiornik (?) SDR, a taki zestaw byłby dobrym "zaczątkiem" do nauki i gotowego urządzenia.

@Crazy pomysł na regulator PID jest niezły, nie koniecznie trzeba się trzymać modelu sekwencyjnego, jeżeli zasoby na to pozwolą, to bloki P I D można zaimplementować jako osobne równoległe struktury, podobnie jak sumator wartości z członów PID. To może być ciekawy eksperyment.

@ArturAVS ten pomysł także mi się podoba, konwersja 20 TTL na implementację sterownika silników krokowych w FPGA to konkretny cel, a także możliwości eksperymentów i rozwoju sterownika (np. sterowanie międzykrowowe, różne interfejsy sterujące sterownikiem itp.).

Domyślam się że dla osób bardziej zaawansowanych brak dużej pamięci RAM może być denerwujący przy implementacji audio DSP albo generowania/przetwarzania obrazu. Natomiast moduł może zapewnić szybki start z FPGA gdzie konwertujemy projekty X układów TTL do FPGA, uczymy się implementacji układów FPGA, umieszczamy IP core z mikrokontrolerem.

Jeżeli temat nas wciągnie to w końcu dojdziemy do ściany... ograniczeń tego modułu, ale może to dobrze, coś się nauczyliśmy, wykorzystaliśmy dostępne zasoby, platforma zaczyna nas ograniczać, świadomie szukamy czegoś o większych możliwościach.

OK, wszystko jasne - przedstawię niebawem krótki zarys projektów.

Quote:

Jeżeli masz ciekawe informacje o autonomicznym omijaniu przeszkód przez UAV to śmiało, spróbuj opisać, mogą pojawić się osoby dobrze znające temat.

Temat trochę zgłębiałem (z akcentem na trochę). W Internecie jest sporo materiałów na temat detekcji obiektów, rozpoznawania obiektów czy szacowania odległości od przeszkód. Pozbieram trochę informacji i w niedalekiej przyszłości (może przed świętami) zacznę nowy wątek w dziale FPGA. Temat jest bardzo interesujący i FPGA ze względu na równoległe przetwarzanie powinno tutaj się równie dobrze nadawać jak GPU. Producent drona Skydio zastosował płytkę NVIDIA Jetson TX2 z 256 rdzeniami (Maxwell czy Pascal - nie pamiętam), które przetwarzają obraz z sześciu kamer 4K.

@drobok
Tak, do maXimatora nawet trudno byłoby podłączyć kamerę.

CC_PL wrote:

W Internecie jest sporo materiałów na temat detekcji obiektów, rozpoznawania obiektów czy szacowania odległości od przeszkód. Pozbieram trochę informacji i w niedalekiej przyszłości (może przed świętami) zacznę nowy wątek w dziale FPGA. Temat jest bardzo interesujący i FPGA ze względu na równoległe przetwarzanie powinno tutaj się równie dobrze nadawać jak GPU. Producent drona Skydio zastosował płytkę NVIDIA Jetson TX2 z 256 rdzeniami (Maxwell czy Pascal - nie pamiętam), które przetwarzają obraz z sześciu kamer 4K.

NVIDIA Jetson ma tą zaletę że ma wejścia MIPI CSI-2, a to w sumie obecnie jeden z częściej stosowanych standardów podpięcia kamer (choć jest jeszcze sporo matryc z wyjściami równoległymi czy specyficznymi dla producenta np. HiSPi). Więc tutaj najlepiej szukać FPGA z sprzętowym MIPI, choć można to obejść stosując dwie pary SerDes + rezystory na jedną linię MIPI (choć dla większych prędkości to trochę komplikuje czasem życie jeśli chodzi o PCB itp. - osobiście nie polecam tego rozwiązania).

Kolejny problem w przypadku stosowania FPGA to to że bez podpisania NDA z producentami (a to nie jest czasem łatwe) nie dostaniemy dokumentacji do matryc (sensorów obrazów - pozwolę sobie używać skróconej nazwy matryca) która jest wymagana aby cokolwiek zrobić, w przypadku Jetson jest dostarczone trochę sterowników do popularnych matryc co zwłaszcza dla amatora jest sporą zaletą ( https://elinux.org/Jetson/Cameras )...

Tutaj stosując FPGA możemy być ograniczeni do kilku prostych sensorów OmniVision (np. OV5640) do których można znaleźć dokumentacje w internecie (które wyciekły z kilku chińskich firm) - ale szału nie będzie z jakością obrazu...

Kolejna sprawa to nie wiem czy obecnie jest sens implementować w FPGA różne klasyczne implementacje rozpoznawania ruchu, czy jakieś klasyfikatory do detekcji obiektów SVN itp. czy deskryptory HOG (sporo z tym zabawy aby dobrze działało w innych warunkach niż dobrze oświetlone studio czy biurko).

Obecnie chyba lepiej zabrać się za Deep Learning i implementację sieci neuronowych (w sumie są do tego nawet gotowe narzędzia) np. https://www.latticesemi.com/en/Products/DesignSoftwareAndIP/AIML/NeuralNetworkCompiler

Xilinx tak samo dość mocno idzie w tym kierunku, a nawet więcej dąży do programowania w C++ (choć to dla mnie dziwne no ale zobaczymy co z tego wyjdzie) tutaj jak na razie głównie SOC (xilinx zynq)

Trochę patrząc na ofertę widać że chcą konkurować z NVIDIA jeśli chodzi o różne rozwiązania akceleracji obliczeń (np. karty Xilinx Alveo itp.) do tego wsparcie dla Pythona (czyli ukłon w stronę środowisk akademickich) czy rozwiązań w stylu Keras czy Tensorflow

Niewiem jak z Intelem (Altera) mają swoje OpenVINO ale nie wiem jakie obecnie to ma przełożenie na FPGA - zapewne też w tym kierunku działają ale tematu nie śledziłem.

drobok wrote:

Jak by się uprzeć to jeśli chodzi o detekcje ruchu to można by liczyć crc z próbek, jak by to zsynchronizować z analogowym sygnałem synchronizacji miało by to sens. Z cyfrowym można liczyć na pixelach (albo na surowej transmisji z kamery, bez dekodowania)

To się nie sprawdzi Nawet obraz nieruchomy nie jest powtarzalny do tego stopnia, zawiera drobny szum itp. Tutaj najprostsze metody to coś w stylu background subtraction itp.

-----

Reasumując do takich zabaw na chwile obecną jak ma to być FPGA bardzo ciekawy jest zynq ultrascale+ z 4K nie ma problemu (mamy kodek czy to h.264 czy h.265) oczywiście też MIPI itd. Ewentualnie jakieś inne FPGA + Lattice CrossLink (mają MIPI PHY) do podpięcia matrycy...

Inna sprawa do rozpoznawania obiektów itp. w dronach to raczej celował bym w matryce obsługujące HDR - aby nie mieć problemów ze zmieniającymi się warunkami oświetlenia. Zwykła kamera to lekki obrót pod słońce i nic nie widzimy. Tutaj poza rozpoznawaniem trzeba by też w FPGA robić HDR ewentualnie użyć jakiś gotowych kamer z matrycą i procesorem obrazu które nam to zrealizują (ale sporo drożej np. coś od https://leopardimaging.com/ ) - bo dalej się odbijamy od wszędobylskich w tych tematach NDA do podpisania z producentami procesorów obrazu...

Dla Jetson TX1/TX2 też tanio nie będzie https://leopardimaging.com/product-category/n...etson-cameras/nvidia-tx1tx2-mipi-camera-kits/

CC_PL wrote:

Nie będę pytał "dlaczego takich zabawek nie produkuje się u nas w kraju?" - bo to temat na inny wątek (być może go poruszę niedługo na elektrodzie).

Natomiast dlaczego nie produkują - bo nie opłaca się ze względu na w/w problemy z dostępnością matryc w małych ilościach. Na same tylko matryce przy minimalnym zakupie (jedno opakowanie 2600 sztuk) potrzeba by wydać od 51 do 91 tysięcy dolarów netto (taki przedział dla kilku matryc które by się dobrze sprawdziły w takim zastosowaniu) - o reszcie elementów nawet nie wspominam... Finalnie i tak by wyszło drożej niż u Chińczyka itp. bo oni nie robią w tysiącach sztuk tylko dziesiątkach tysięcy i więcej. Więc ceny zakupu elementów wyglądają wtedy całkiem inaczej (niższe ceny), o kwestii podatków i parapodatków jakie dojdą do ceny nawet szkoda wspominać...

Reasumując jak kolega znajdzie 3000 chętnych którzy będą w stanie wpłacić na zakup elementów, produkcję PCB itd. to można taki projekt zrobić na elektrodzie (z tym że ze względu na różne NDA projekt i tak będzie w pewnej części zamknięty)

Jak widać raczej trudno będzie znaleźć kogoś kto wyłoży tyle gotówki na coś co nie gwarantuje nawet wyjścia na zero w tej inwestycji

-------

Jednak wracając do samego konkursu - w temacie zostało stwierdzone że ten zestaw między innymi ze względu na brak pamięci raczej do takich zastosowań związanych z obrazem się średnio nadaje. Co nie znaczy że nie można go w inny ciekawy sposób wykorzystać - sam czekam co tutaj ciekawego się pojawi

And! wrote:

Natomiast moduł może zapewnić szybki start z FPGA gdzie konwertujemy projekty X układów TTL do FPGA, uczymy się implementacji układów FPGA, umieszczamy IP core z mikrokontrolerem

I do właśnie chciałbym go użyć. A że apetyt rośnie w miarę jedzenia jak to mówią... Zastosowań jest wiele, ale jako sam system na start do nauki FPGA podoba mi się.

And! wrote:

ten pomysł także mi się podoba, konwersja 20 TTL na implementację sterownika silników krokowych w FPGA to konkretny cel, a także możliwości eksperymentów i rozwoju sterownika (np. sterowanie międzykrokowe, różne interfejsy sterujące sterownikiem itp.).

W zasadzie mam już konfigurowalną wersję "na papierze" do sterowania 2/3/4/5 fazowych full/half, ale tu to już ponad 50 TTLi . I raczej nie zrealizuję tego w najbliższej przyszłości ze względu na chorobę . Pierwszy sterownik pracuje od kilku ładnych lat, ale jego gabaryty są dość pokaźne. Co ciekawe znalazłem gotowy kontroler 3/4 fazowych silników full/half ( bez stopni końcowych), ale jest praktycznie nieosiągalny (bynajmniej dla mnie) TB6615PG8. Wielu elektronikom zalegają różne dziwne silniki do których brak sterowników, i myślę że taki projekt uniwersalne go kontrolera wielu by ucieszył.

Do takiego zastosowania jak budowa urządzenia które pochłonęłoby 50 TTLi ten zestaw powinien być bardzo dobry.
@ArturAVS przy tych zasobach FPGA podejrzewam, że zarówno możesz wykorzystać sterowanie step/dir jak również dodać magistralę UART/SPI/RS486 do sterowania silnikiem i do ew. diagnostyki sterownika.

Być może hasło "FPGA" przyciągnęło osoby, które chciały zaproponować projekt z FPGA w jego typowym środowisku czyli szybkie przetwarzanie danych. Od czegoś trzeba zacząć i prostsze platformy są dobre na początek, być może kiedyś pojawi się konkurs z wspomnianą platformą Xilinx Zynq. Natomiast na start z FPGA taki prosty jak maximator zestaw dobrze się nadaje.

And! wrote:

Natomiast na start z FPGA taki prosty jak maximator zestaw dobrze się nadaje.

Dlatego o nim pomyślałem . Dołączam drivery wyjściowe, podaję odpowiednie sygnały sterujące i mogę testować. Oprogramowanie na podstawie projektu poinformuje mnie jakich zasobów potrzebuję i można dobrać odpowiedni układ. W sumie zamiast płyty wielkości eurokarty, wyjdzie płytka o gabarytach pudełka zapałek ( docelowy FPGA+drivery i kilka elementów dyskretnych).

Z zaciekawieniem obserwuję zarówno zgłaszane propozycje wykorzystania, ale także czekam na odzew osób które otrzymają zestawy. Droga od pomysłu do działającego urządzenia może być ciekawa.

Zgłoszenie numer 6

Zrobiłbym na nim jakieś dwa proste rdzenie mikrokontrolera, abym w końcu mógł wykonywać dwa delay'e na raz!

Niestety na studiach słabo szły mi FPGA Może teraz by się to odmieniło.