Kurzschluss Junkies [0x10]: WLAN im Kolben?

Gast

Heute sprechen wir mit Raphael, er war auch schon in Folge 0x05 zu hören.

Common-Sense-Tipps

Raphael empfiehlt, bei der Verwendung von bereits existierenden Schaltungen genau hinzuschauen und alle Parameter kritisch zu evaluieren. Chris stimmt ihm zu, er hat in den letzten Tagen mit Altlasten zu kämpfen.

Basti sollte häufiger den DRC verwenden, dann findet er auch Fehler im Layout, bevor die Platte bestellt ist.

Chris legt seinen ersten Urlaubstag immer auf Donnerstag. Damit könnt ihr dem Problem entgehen, dass Freitags zum Urlaubsbeginn noch ganz dringende Dinge aufkommen.

Lötstation

Raphael hat das letzte mal bereits von seiner Lötstation erzählt. Heute sind wir noch ein bisschen genauer in die Details des Designs gegangen. Er möchte ein OLED Display zur Anzeige der Temperatur und sonstiger Betriebsparameter verwenden. Als Eingabesystem hat er einen Joystick Button, oder Kapazitive Tasten vorgesehen. Als Lötspitze kommt eine Weller RT Spitze zum Einsatz. Die Temperatur wird mit Hilfe eines AD8494 ermittelt, Power stellt der LM76003 zur Verfügung.
Als Controller wird er einen Gecko einsetzen. USB und eventuell Netzwerk/WLAN sollen als Schnittstelle ebenfalls zur Verfügung stehen um auch ein IOT zu sein.

Git Programm

Raphael hat vor einiger Zeit ein Bash-Script geschrieben, dass er verwendet um mehrere Git-Repositories aktuell zu halten. Daraus ist ein immer größers Programm gewachsen, das schon einige Interationsstufen gesehen hat. Aktuell wird daraus ein grafischer GIT Client. Er hat darüber auch schon geschrieben.

Chip der Woche

Für diese Woche hat Raphael den UC3843 herausgesucht. Ein generischer PWM Controller mit dem man alles aufbauen kann, das irgendwie getaktet werden muss. Für einen Schaltregler lässt sich der Chip hervorragend einsetzen, allerdings bringt er keine Schutzschaltung mit.

Schmartwatch [15]: Python Support

Vor einige Jahren wurde Python auf Mikrocontrollern portiert. Damit ist die Programmierung von embedded Applikationen wesentlich einfacher und schneller möglich. Applikationslogik kann auf dem PC getestet werden, bevor sie auf das Target gespielt wird. Testen ist auf dem PC auch wesentlich einfacher und schneller als auf der echten Hardware. Somit spricht eigentlich nichts dagegen, Python auch für die Schmartwatch zu bauen.

Eine funktionierende Schmartwatch mit flexibler Leiterplatte ist leider immer noch nicht komplett bestückt. Das liegt einerseits daran, dass auf den flexiblen Leiterplatten der DCDC Konverter, (6 Bällchen, 2×3 mm) sehr schlecht bestückbar ist, andererseits aber auch daran, dass ich auf noch keiner manuell gelöteten Platte das Funkmodul ansprechen konnte. Diese Tatsache verzögert alles auf eine ungewisse Zeit, bis ich den Prozess der Lötung unter Kontrolle habe. Genügend Bauteile habe ich, es fehlt lediglich die Zeit für langwierige Versuche. In der Zwischenzeit habe ich mich mit einem anderen Aspekt des Projekts beschäftigt. Wir versuche also diesmal den Python Interpreter in der Micropython nRF52 Variante auf der Schmartwatch zu installieren.

Code downloaden

Dazu Klonen wir das Projekt aus dem Github Repository, laden die Module und starten den Prozess.

$ git clone https://github.com/micropython/micropython.git micropython
$ cd micropython
$ git submodule update --init
$ make -C mpy-cross

Jetzt baut das Projekt einmal komplett durch, das dauert einige Zeit. Wenn das Grundsystem steht, wechseln wir in den Pfad mit der nRF Portierung.

$ cd ports/nrf/
$ make

Wenn es hier zu einem Fehler kommt, ist wahrscheinlich der arm-gcc nicht installiert. Wie das geht kann man zum Beispiel hier nachlesen.

Standartmäßig wird die Portierung für das PCA10040 Board gebaut, darauf befindet sich ein nRF52832, also genau der Chip, der auch auf der Schmartwatch das Sagen hat. Somit ist eigentlich schon alles erledigt und mit einem simplen flash Befehl kann der Chip programmiert werden.

$ make flash

Code anpassen

Die Platformspezifischen Konfigurationen befinden sich in dem Ordner boards/pca10040, also kopieren wir diesen

$ cd boards
$ cp pca10040 schmartwatch -r

Hier kann die Modulauswahl und Pinbelegung angepasst werden. Dazu bearbeiten wir die mpconfigboard.h entsprechend der Schmartwatch Konfiguration

#define MICROPY_HW_BOARD_NAME       "Schmartwatch"
#define MICROPY_HW_MCU_NAME         "NRF52832"
#define MICROPY_PY_SYS_PLATFORM     "nrf52-DK"

#define MICROPY_PY_MACHINE_UART     (0)
#define MICROPY_PY_MACHINE_HW_PWM   (1)
#define MICROPY_PY_MACHINE_HW_SPI   (1)
#define MICROPY_PY_MACHINE_TIMER    (1)
#define MICROPY_PY_MACHINE_RTCOUNTER (1)
#define MICROPY_PY_MACHINE_I2C      (1)
#define MICROPY_PY_MACHINE_ADC      (1)
#define MICROPY_PY_MACHINE_TEMP     (1)
#define MICROPY_PY_RANDOM_HW_RNG    (1)

#define MICROPY_HW_HAS_LED          (1)
#define MICROPY_HW_LED_COUNT        (1)
#define MICROPY_HW_LED_PULLUP       (0)

#define MICROPY_HW_LED1             (8) // Frontlight LED

// SPI0 config
#define MICROPY_HW_SPI0_NAME        "SPI0"
#define MICROPY_HW_SPI0_SCK         (27)
#define MICROPY_HW_SPI0_MOSI        (25)

#define MICROPY_HW_PWM0_NAME        "PWM0"
#define MICROPY_HW_PWM1_NAME        "PWM1"

#define HELP_TEXT_BOARD_LED         "1"

Somit haben wir die Bedingungen geschaffen, die Basisfunktionen der Schmartwach nutzen zu können. Jetzt müssen wir den Kompiliervorgang noch für unsere Hardware durchführen, das geht auch wieder mit make.

$ make BOARD=schmartwatch

Das nächste mal betrachten wir, wie der Code dann auf der Schmartwatch sinnvoll einsetzbar ist, denn es gibt zum Beispiel keine UART, die über die Schmartwatch nach außen geschaltet ist. Wir müssen also das Projekt so bearbeiten, dass es die REPL anstatt über die UART Peripherie über Semihosting ausgibt.

Kurzschluss Junkies [0x0f]: Viel zu tun im Sommerloch

Feedback

Es gab in letzter Zeit nicht viel Feedback, wir sind auch viel beschäftigt. Wir hoffen das wird in nächster Zeit besser.
Basti hat in den letzten Wochen wieder mehr Bilder aus dem Arbeitsalltag auf Twitter gepostet.

Common-Sense-Tipps

Basti spricht über die Pinbelegung von Applikationsprozessoren und wie er GPIOs auswählt.

Chris spricht über eine MOSFET H-Brücken Schaltung und welche Effekte dabei zu beachten sind.

Neuigkeiten zu den Projekten gibt es leider nicht.

KiCad interactive BOM Plugin

Basti stellt ein Plugin vor, mit dem eine HTML Seite aus einem KiCad Projekt extrahiert werden kann. Diese zeigt eine interaktive Stückliste mit Informationen zur Platzierung auf der Leiterplatte. Ihr findet eine Beispielseite hier.

Interaktive BOM der STM Ersatzplatine für die Pick and Place Maschine

Chip der Woche

Der STM32F042F6 ist diese Woche der vorgestellte Chip. Es ist ein kleiner TSSOP-20 Mikrocontroller, der mit 48MHz Systemtakt arbeitet. Der interne Takt ist ausreichend genau, für USB 2.0 oder CAN. So kommt der Chip ohne eine externe Taktquelle aus. Er kostet unter 1€ und wird von Basti in einem Projekt als Brücke zwischen einem Applikationsprozessor und einem CAN Bus verwendet.

Wir haben immernoch das Happy Gecko Board zu verschenken. Schickt uns Vorschläge, welche physikalischen Schalter ihr mit kapazitiven Tasten ersetzen würdet an: feedback@kurzschlussjunkies.de oder auf Twitter.

Jetzt wird’s bunt

Am Prime Day diesen Jahres habe ich mir eine neue Beleuchtung für den Schreibtisch und die Terrasse gegönnt.

Für den Schreibtisch wollte ich eine indirekte Beleuchtung der Tastatur und Umgebung, das habe ich mit Hilfe der Phillips Hue Ambient* Lichter erreicht. Diese stehen hinter den Monitoren und strahlen an die Wand. Dadurch entsteht ein dimmbares und in der Farbe anpassbares Licht, dass sich mit Hilfe der Hue App, oder von Home Assistant einstellen lässt.

Für die Terrasse habe ich einen wasserdichten RGB LED Streifen* gekauft, dieser wird über WLAN angebunden und kann auch von Home Assistant gesteuert werden. Ähnlich der Schreibtischbeleuchtung ist der Leuchtstreifen in der Farbe anpassbar. Somit kann im Garten eine stimmungsvolle Beleuchtung erreicht werden, ohne zu viele verschiedene Apps zu verwenden.

Home Assistant Konfiguration

Die Konfiguration für Home Assistant zur Unterstützung von Hue ist denkbar einfach. Im Integrationsmenü muss lediglich die Adresse der Hue Bridge im lokalen Netzwerk ausgewählt werden und schon stehen alle Geräte, die normalerweise über die Hue App gesteuert werden müssen auch in Home Assistant zur Verfügung.

Ähnlich ist es mit der Aktivierung des RGB LED Streifens. Die kleine Box, die die Ansteuerung übernimmt, und die von vielen asiatischen Anbietern in unterschiedlicher Ausführung verkauft wird, ist als Flux LED unterstützt. Um die Komponente zu aktivieren, muss in der configuration.yaml diese Zeilen in der light Kategorie hinzugefügt werden:

# Example configuration.yaml entry
light:
  - platform: flux_led
    automatic_add: true

Anschließend Home Assistant neu starten und die Lampen sind als Elemente für die Oberfläche verfügbar.

* alle Produkte sind Amazon Affiliate Links

Neuer Anstrich für den Kurzschluss Blog

Ich habe den Kurzschluss Blog nach vielen Jahren von der Blogger Plattform zu WordPress.com umgezogen. Ich hoffe ich hab alle Umzugsproblemchen beheben können, wenn euch noch ein Fehler auffällt, dann lasst es mich bitte wissen.

Es fehlen noch ein paar Kleinigkeiten, die auf der Blogger Webseite vorhanden waren, aber alles in allem bin ich mit dem Umzug zufrieden. Auch sind wir dabei mehr Inhalt für den Blog zu erstellen. Bei den Kurzschluss Junkies geht es weiter und es ist etwas neues in Planung. Mehr dazu in einigen Wochen. Es wird sich aber weiterhin um die gleichen Themen drehen, die ihr hier bereits lesen könnt.

Kurzschluss Junkies [0x0e]: Selbstmordkabel

Feedback

Soundqualität ist ein leidiges Thema. Aber wir verbessern uns stetig, hoffentlich.
Es gibt im Moment viel zu tun, aber wir hoffen am zwei mal im Monat Rhythmus festhalten zu können.

Basti hat mit seinem Schmartwatch Projekt beim Hackaday Price in der Kategorie Flex Designs gewonnen.

Common-Sense-Tipps

Beim Bestellen von Bauteilen für Prototypen schlägt Basti vor, einfach den Bezeichner als kundenspezifische Nummer angeben. Also „R1, R3, R6“ für den 10k und „R2, R14, R5“ für den 100k usw.

Chris schlägt vor bei Ableitstrommessungen und kabelgebundenen Störern den worst-case Fall zu testen und zu entstören, sodass auch für zukünftige Änderungen der Grenzwerte in einer neuen Norm die Schaltung vorbereitet ist. Dazu hat er ein Selbstmordkabel gebastelt.

In der EMV-Messung vor ein paar Tagen hat Basti ein Video von den WS2812 Single Wire LEDs getwittert.

Als zweiten Tipp erzählt er von seiner Erfahrung mit Vertretern von Distributoren und Halbleiterherstellern. Hier ist eine offene Diskussion über die einzelnen Themen oft hilfreicher als eine hinten rum und ‚unehrliche‘. Die meisten FAE’s und Vertriebler wollen euch helfen und keinen Scheiß andrehen.

Schmartwatch

Basti kommt mit dem Platzieren der BGA Bauteile auf der flex Leiterplatte nicht voran. Die Oberfläche ist zu uneben um den DC/DC Konverter und das Funkmodul sicher mit der Hand zu platzieren. Deshalb hat er sich einen Fineplacer organisiert.
Wenn das nicht hilft, muss er über eine Rigid-Flex-Leiterplatte nachdenken.

Pick and Place

Die STM286 Software nimmt Gestalt an. Stepperansteuerung ist zu 90% fertig portiert, als nächstes kommen die GPIO für Endschalter an die Reihe.

Mini Knöpfchen

Basti hat ein Projekt angelegt, aber der Code mit der kompletten StdLib und touch-lib ist zu groß für den STM8. Jetzt muss verschlankt werden.

Chip der Woche

Der EFM32HG. Ein low power 32-bit µController von Silicon Labs.
Den gibt es bei uns als Evaluation Board zu gewinnen.

Schickt uns Vorschläge, welche physikalischen Schalter ihr mit kapazitiven Tasten ersetzen würdet an: feedback@kurzschlussjunkies.de
Der Gewinner wird von uns nach den Kriterien Praktikabilität und Orginalität bewertet.

Kurzschluss Junkies [0x0d]: Schwarze Knöpfchen

Feedback:

Basti erzählt, wie er vor ein paar Jahren alle Bilder im Blog gelöscht hat. Leider auch die der Kaffeemaschine. Der Text ist aber noch hier zu finden: WLANKaffee
Das Thema: „Wann Bachelor, Master oder Ausbildung machen“ wird besprochen. Beide sind einer Meinung, es gibt mehrere richtige Wege.
Der Kurzschluss Blog hat einen neuen Author: Rapha. Er schreibt aktuell gerade an einer Serie zu seinem Git Command Line Tool

Common Sense Tips:

Basti gibt den Tipp, alle Software und Quellcodes zur Inbetriebnahme einer Leiterplatte zusammen zu packen und abzulegen. Optimal geht das in einer virtuellen Maschine. Die kann man nämlich auch noch in 5 Jahren starten, kleine Änderungen vornehmen und eine angepasste Testsoftware für die eigene Schaltung flashen. Das Gleiche gilt für Leiterplatten. Auch hier spricht nichts dagegen alles was zum Erstellen verwendet wurde, also Software, Bibliothek, Datenblätter, usw. in ein Archiv zu legen und mit den Gerberdaten zu archivieren. So können in der Zukunft Änderungen an den Daten vorgenommen werden ohne die Daten in die aktuellsten Versionen und Tools umziehen zu müssen.
Chris gibt den Tipp, sich immer wieder an Neues heranzutrauen, auch wenn es mit einem Risiko verbunden ist, die Technik entwickelt sich ständig weiter.

Schmartwatch:

Es gibt nicht viel Neues, die letzte Runde im Lötofen sah vielversprechend aus, muss aber noch ein wenig nachgearbeitet werden.

Pick and Place:

Das Board wurde von Basti zum STM286 umgetauft. Es regt sich was: UART funktioniert und GRBL lässt sich ansprechen. Jegliche anderen Funktionen funktionieren noch nicht. Es beginnt die Portierung zur CubeMX HAL

Mini Knöpfchen:

Die von Chris das letzte Mal vorgestellten Boards sind angekommen und er hat auch schon ein paar Bauteile bestückt. Dann geht die Platte an Basti, der macht dann dafür eine Software.

Chip der Woche:

Chris stellt diese Woche die MBR180S vor, eine Schottkydiode mit 80V Sperrspannung. Sie hat bei 1A nur 800mV Spannungsabfall, der sich bei 50mA auf 400mV verringert. Es gibt die Diode im SOD123 Gehäuse, das ist klein, aber gut handlebar und sie ist billig. Mit 3 Cent in größeren Stückzahlen ist man dabei.
Basti erzählt von einem Besuch von Murata, und wie die Situation mit den MLC-Kondensatoren in Zukunft aussehen wird.

NAGCL [I]

In dem Eingangsartikel zu meinem Software-Projekt NAGCL (das habe ich jetzt als Interimsnamen auserkoren) bin ich kurz auf die angedachten Features des Programms eingegangen, sowie auf die Historie und Motivation dazu.
In diesem Artikel möchte ich ein kurzes Update zum aktuellen Stand des Projekts geben, sowie ein paar Implementierungsdetails vorstellen.

Für die wichtigsten Elemente des Programms bestehen mittlerweile erweiterbare Gerüste. Das trifft vor allem auf die Benutzung im Shell-Modus und auf die Übergabe von Parametern beim Programmaufruf zu.
Ebenfalls kann bereits eine Textdatei mit Pfaden zu git-Repositories eingelesen werden. Diese Pfade werden auf Existenz, Zugriffsrechte und ob diese auf ein gültiges git-Repository zeigen geprüft.

Um alle Einträge der Textdatei verwalten zu können, werden diese in einer einfach verlinkten Liste (Linked List) abgelegt. Diese Liste wird bei jedem Programmaufruf bzw. -start neu angelegt.
Im Shell-Modus bzw. als Parameter beim Programmaufruf können Elemente der Liste hinzugefügt oder entfernt werden. Ob die Liste verändert wurde, wird beim Beenden des Programms dem Nutzer gemeldet. Als letzter Schritt wird die Textdatei – sofern eine Änderung der Liste vorgenommen wurde – aktualisiert, d.h. Pfade von Repositories werden hinzugefügt oder entfernt. Die Implementierung einer einfach verlinkten Liste war notwendig um einen dynamischen Datentyp zur Verwaltung der Repositories zur Laufzeit zu erhalten. Die Implementierung ist allerdings bei Weitem nicht so elegant wie die von Linus Torvalds‘ Liste in der Kernel-Implementierung. Eine derart generische Implementierung einer Liste wird an dieser Stelle von mir aber auch nicht benötigt.

Aktuell arbeite ich daran, den Log (entspricht dem Befehl git log) eines git-Repositories auszugeben sowie den ersten Versuchen einer GUI-Implementierung. Die Implementierung der git-Funktion erfolgt mit der API libgit2, die Implementierung der GUI-Funktionen mittels der Bibliothek ncurses.

Die größte Veränderung für mich selbst war die Umstellung von Makefile zu cmake als Build-Setup.
Der Hauptgrund für den Wechsel des Build-Setups war, mich mit cmake auseinander zu setzen und einzuarbeiten. Aktuell kann das Projekt mit allen benötigten Bibliotheken gebaut und verlinkt werden, wenngleich das Setup im Moment unübersichtlich ist und noch nicht dem gewünschten Stand entspricht.
Im endgültigen Stand sollen alle benötigten Bibliotheken heruntergeladen und mitkompiliert werden. Zudem soll die Erstellung der Dokumentation mittels Doxygen unterstützt werden, sowie Testcases zur Überprüfung der korrekten Ausführen der Software bei der Installation.
Als Editor benutzte ich vim zusammen mit cscope und dem Plugin Conque-GDB zum graphischen Debuggen des Programms.

Zuletzt möchte ich erwähnen, dass ich noch offen bin für Namensvorschläge und wie immer gilt:
Schreibt, kommentiert, diskutiert und abonniert den Podcast!

Nicht noch ein GIT-Client

Vor ein paar Jahren hatte ich ein Bash-Skript geschrieben um git-Repositories automatisiert zu aktualisieren, also ein git pull auf dem aktuell ausgecheckten Branch des Repositories.
Das Skript funktioniert mit einer Textdatei in der die Pfade zu den Repositories angegeben sind und aktualisiert diese, sofern keine Konflikte vorhanden sind.
Die Ausgabe der Informationen welche Repositories überprüft werden und welche aktualisiert wurden, werden nicht nur über das Terminal angezeigt, sondern auch in einer Log-Datei gespeichert. Dieses Log kann entweder immer wieder neu erzeugt werden bei jedem Aufruf des Skripts oder als fortlaufende Datei.

Um mich in Python einzuarbeiten hatte ich im Anschluss einen Wrapper für das Bash-Skript implementiert, mit welchem man die Repository-Liste zur Aktualisierung bearbeiten kann (Reposietories hinzuügen oder entfernen) und in einem Shell-Modus läuft. Zusätzlich kann das Python-Program das Bash-Skript aufrufen, die Log-Infos der Repositories anzeigen und ein neues Terminal-Fenster mit dem Pfad eines gewünschten Repository öffnen (zumindest für die gängigsten Unix-Terminal-Programme). Letzte Funktion hat den Zweck einfach zwischen den Repositories wechseln zu können und git per CLI zu bedienen.
Da das Python-Programm im Shell-Modus läuft, habe ich zusätzlich eine Auto-Komplettierung für Repositories und Befehle implementiert.
Das Bash-Skript sowie das dazugehörige Python-Programm sind auf Github veröffentlicht und über die Jahre gab es doch den Einen oder Anderen clone des Projekts. Darüber freue ich mich auch, aber ich habe bisher leider keine Rückmeldung zur Nutzbarkeit erhalten.

Nun ist es so, dass ich persönlich kein großer Fan von Python bin und habe daher beschlossen ein C-Programm zu implementieren, dass die Funktionalitäten des ursprünglichen Bash-Skripts und des Python-Programms beinhaltet.
Das neue Programm kann als Terminal-Befehl, im Shell-Modus und mit einem Terminal-UI (ncurses) ausgeführt werden. Zusätzlich sollen weitere grundlegende Funktionalitäten implementiert werden um einen git-Client zu erhalten.
Der größte Unterschied stellt wohl die Art und Weise wie mit git von den Programmen aus interagiert wird dar. Während beim Bash-Skript und dem Python-Programm die git-Befehle als Systembefehle in einem Subprozess ausgeführt werden, soll das bei der C Implementierung mittels API funktionieren. Dazu verwende ich libgit2.
Über den aktuellen Status und die Implementierungsdetails gehe ich in Folgebeiträgen ein. Veröffentlich wird das Projekt auf Github, wenn ich die ursprüngliche Funktionalität fertig implementiert habe, also die Auto-Aktualisierung von Repositories in einer Liste.
Aktuell trägt das Projekt noch den unkreativen Namen gitmanager, aber ich denke über eine Umbenennung in yagcl (Yet Another Git CLient) oder nagcl (Not Another Git CLient) nach. Für kreative Vorschläge bin ich offen (bitte nicht Git McGitFace).

Links:

OSICs – Open Source Integrated Circuits

In der sechsten Folge der Kurzschluss Junkies habe ich mit Basti und Chris über FPGA- und
ASIC-Entwicklungen gesprochen. In dieser Beitragsreihe möchte ich Open Source Software zur IC-Enticklung vorstellen und auf deren Fähigkeiten, bzw. Möglichkeiten eingehen.

Ein Beispiel, dass mit freier Software ein IC erstellt werden kann, ist die Realisierung eines auf einem RISC-V basierenden SoCs. Der verwendete Softcore ist der PicoRV32 in einem QFN-48 Package der mit ADCs, DACs und einer seriellen Schnittstelle (SPI) erweitert und bei efabless gefertigt wurde.
Die Toolchain die dafür hauptsächlich verwendet wurde heißt Qflow und verbindet Tools zur Synthese, Logikminimierung, Placement und Routing von Standardzellen-Logik. Die Firma efabless bietet die Möglichkeit eigene Designs zu realiserun und hostet eine Toolchain die selbst teilweise auf Qflow basiert.

Der Hauptentwickler von Qflow heißt Tim Edwards und dieser hat bei eeweb.com ein Interview gegeben in dem er seine Arbeit und Philosophie zur freien Software für den Chip Entwurf vorstellt und erklärt. Der Aufbau von Qflow ist auf opencircuitdesign.com in Detail beschrieben, dennoch möchte ich nachfolgend einen kurzen Abriss über die wichtigsten Elemente der eingebundenen Software geben.

Qflow nutzt zur Synthese yosys, eine offene Synthessuite für FPGAs und ASICS, die von Clifford Wolf entwickelt wurde. Diese synthetisiert Verilog Designs und bietet – bei vorhandener Bibliothek – nicht nur eine Logikminimierung an, sondern auch ein Mapping auf Standardzellen. Die Logikminimierung erfolgt mittels abc, einem Tool das bei der Universität von Berkley entwickelt wurde und auch eine Verifikation von Logikschaltungen zur Verfügung stellt. Die Stärke von yosys liegt in den implementierten Durchläufen zur Synthese und Verifikation. Diese können je nach Anforderung adaptiert werden um so die Optimierungdurchläufe auf mögliche Besonderheiten anzupassen. Solche Besonderheiten können zum Beispiel der Standardzellenbibliothek des Herstellers geschuldet sein.
Eine weitere Stärke ist die Möglichkeit yosys über Skripte bedienen zu können.

Die Platzierung erfolgt mit graywolf, einem Tool das mittels Simulated Annealing Standardzellen plaziert. graywolf ist ein Fork des mittlerweile kommerziellen Tools Timberwolf, das für eine Lizenz einen Preis von 50k USD ausruft und in Yale entwickelt wurde.

Qrouter schließlich verbindet die Standardzellen mittels dem Lee-Algorithmus und unterstütz bis zu sechs Metalllagen. Damit lassen sich, wie das Beispiel des RISC-V basierenden SoCs zeigt, recht komplexe und große Designs realiseren.
Abgerundet wird die Toolchain mit einem LVS-Checker (netgen) swoie einem Layout-Editor mit der Fähigkeit zum DRC (magic).

Die größten limitierenden Faktoren stellen letztlich die Bauteilbibliothek und die Zieltechnologie dar. Die Bauteilbibliothek insofern, als dass diese von den einzelnen Halbleiterherstellern i.d.R. gekauft werden muss und die Zieltechnologie dahingehend, dass es eine Sache ist, ein Design mit einer 120nm-Struktur oder größer zu realisieren oder 90nm und kleiner. Die Hauptschwierigkeit stellt hier die Abschätzung der Laufzeitverzögerungen dar. Wer sich aber einfach für Chip-Entwicklung, Algorithmen und DIY-Realisierungen mit offenen (beispielhaften) Bibliotheken interessiert, oder gar mit einem Start-Up/kleinem Unternehmen Chips realiseren möchte, bekommt mit diesen Projekten einen wunderbaren Einstieg und nützliche Software an die Hand mit der wirklich etwas realisiert werden kann. Dank Quelloffenheit können diese Programme sogar angepasst und erweitert werden.

Abschließend möchte ich erwähnen, dass diese Projekte nicht nur einen tiefgehenden Einblick in die Herausforderungen für CAE-Tools zur Realisierung von integrierten Schaltungen bietet, sondern auch exzellente Beispiele für gut implementierten und dokumentierten Code sind (überwiegend C und C++).

In weiteren Beiträgen möchte ich die erwähnten Algorithmen genauer vorstellen, sowie weitere freie Software für den Chip-Entwurf sowie eine freie, erweiterbare Suite für Xilinx FPGAs. Auch kleine Tutorials und Anleitungen zur Nutzung der Software sind angedacht.
Schreibt, kommentiert, diskutiert und abonniert den Podcast!

Links: