ലോകങ്ങളെ ബന്ധിപ്പിക്കുന്നു: എഫ്‌പി‌ജി‌എ പ്രോഗ്രാമിംഗിൽ പൈത്തണും ഹാർഡ്‌വെയർ ഡിസ്ക്രിപ്ഷൻ ഭാഷകളും

സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വിശാലമായ ലോകത്ത്, സോഫ്റ്റ്‌വെയർ എഞ്ചിനീയറിംഗും ഹാർഡ്‌വെയർ ഡിസൈനും പലപ്പോഴും രണ്ട് വ്യത്യസ്ത ഭൂഖണ്ഡങ്ങളെപ്പോലെയാണ് അനുഭവപ്പെട്ടിട്ടുള്ളത്, അവ വ്യത്യസ്ത ഭാഷകൾ സംസാരിക്കുകയും വ്യത്യസ്ത തത്വങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ഡെവലപ്പർമാർ അബ്സ്ട്രാക്ഷൻ, വേഗത്തിലുള്ള ആവർത്തനം, ലൈബ്രറികളുടെ വലിയ ശേഖരം എന്നിവയിൽ അഭിവൃദ്ധി പ്രാപിക്കുന്നു. ഹാർഡ്‌വെയർ എഞ്ചിനീയർമാർ ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിന്റെ കർശനമായ നിയമങ്ങൾ, ടൈമിംഗ് നിയന്ത്രണങ്ങൾ, ലോജിക് ഗേറ്റുകളെ വിവരിക്കുന്ന സൂക്ഷ്മമായ പ്രക്രിയ എന്നിവയുമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. പതിറ്റാണ്ടുകളായി, ഈ ലോകങ്ങൾക്കിടയിലുള്ള പാലം ഇടുങ്ങിയതും കടക്കാൻ പ്രയാസമുള്ളതുമായിരുന്നു, വിഎച്ച്ഡിഎൽ (VHDL), വെരിലോഗ് (Verilog) പോലുള്ള സങ്കീർണ്ണമായ ഹാർഡ്‌വെയർ ഡിസ്ക്രിപ്ഷൻ ഭാഷകളാണ് (HDLs) ഇതിന് അടിസ്ഥാനം.

എന്നാൽ ആ പാലം വികസിപ്പിക്കാൻ കഴിഞ്ഞാലോ? സോഫ്റ്റ്‌വെയർ എഞ്ചിനീയർമാർക്ക് അവരുടെ നിലവിലുള്ള കഴിവുകൾ ഉപയോഗിച്ച് കസ്റ്റം ഹാർഡ്‌വെയർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാൻ കഴിഞ്ഞാലോ? ഹാർഡ്‌വെയർ എഞ്ചിനീയർമാർക്ക് മുമ്പെന്നത്തേക്കാളും വേഗത്തിൽ സിസ്റ്റങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാനും പരിശോധിക്കാനും ഉയർന്ന തലത്തിലുള്ളതും പ്രകടവുമായ ഒരു ഭാഷയുടെ ശക്തി പ്രയോജനപ്പെടുത്താൻ കഴിഞ്ഞാലോ? ഇതൊരു സാങ്കൽപ്പിക ഭാവിയല്ല; ഇത് ഇന്ന് പൈത്തൺ ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിക്കപ്പെടുന്ന യാഥാർത്ഥ്യമാണ്. ഈ സമഗ്രമായ ഗൈഡ് പൈത്തണിന്റെയും എഫ്‌പിജിഎ പ്രോഗ്രാമിംഗിന്റെയും ആവേശകരമായ സംയോജനം പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യും, ഇത് എങ്ങനെ തടസ്സങ്ങൾ കുറയ്ക്കുകയും നൂതനത്വം ത്വരിതപ്പെടുത്തുകയും ഡിജിറ്റൽ ഹാർഡ്‌വെയർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്ന രീതിയെ അടിസ്ഥാനപരമായി മാറ്റുകയും ചെയ്യുന്നുവെന്ന് കാണിച്ചുതരുന്നു.

അടിസ്ഥാനകാര്യങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കാം: എന്താണ് എഫ്‌പി‌ജി‌എകളും (FPGA) എച്ച്ഡിഎല്ലുകളും (HDL)?

പൈത്തൺ സമീപനത്തിലേക്ക് കടക്കുന്നതിന് മുമ്പ്, ശക്തമായ ഒരു അടിത്തറ സ്ഥാപിക്കേണ്ടത് അത്യാവശ്യമാണ്. നിങ്ങൾ ഒരു സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ഡെവലപ്പർ ആണെങ്കിൽ, ഈ ആശയങ്ങൾ പുതിയതായിരിക്കാം, പക്ഷേ നമ്മുടെ ചർച്ചയുടെ അടിത്തറ ഇവയാണ്.

എഫ്‌പി‌ജി‌എകളെക്കുറിച്ചൊരു ആമുഖം (ഫീൽഡ്-പ്രോഗ്രാമബിൾ ഗേറ്റ് അറേകൾ)

നിങ്ങളുടെ പക്കൽ ഇലക്ട്രോണിക് ഘടകങ്ങളുടെ ഒരു വലിയ ശേഖരം ഉണ്ടെന്ന് സങ്കൽപ്പിക്കുക—ലോജിക് ഗേറ്റുകൾ (AND, OR, NOT), മെമ്മറി ബ്ലോക്കുകൾ, പ്രോഗ്രാം ചെയ്യാവുന്ന ഇന്റർകണക്ഷനുകൾ—എല്ലാം ഒരു സിലിക്കൺ ചിപ്പിൽ ക്രമീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. ഇതാണ് ഒരു എഫ്പിജിഎയുടെ സത്ത. ഒരു സിപിയു അല്ലെങ്കിൽ ജിപിയുവിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, അവയുടെ ആന്തരിക ഘടന ഫാക്ടറിയിൽ വെച്ച് നിശ്ചയിച്ചിരിക്കുന്നു, ഒരു എഫ്പിജിഎ ഒരു ശൂന്യമായ ക്യാൻവാസാണ്. ഇത് ഫീൽഡ്-പ്രോഗ്രാമബിൾ ആണ്, അതായത് നിർമ്മാണത്തിന് ശേഷം ചിപ്പിൽ നിലനിൽക്കുന്ന ഡിജിറ്റൽ സർക്യൂട്ടുകൾ നിങ്ങൾക്ക്, ഡിസൈനർക്ക്, നിർവചിക്കാൻ കഴിയും.

• സിപിയുവുമായുള്ള താരതമ്യം: ഒരു സെൻട്രൽ പ്രോസസ്സിംഗ് യൂണിറ്റ് (സിപിയു) തുടർച്ചയായ ജോലികൾ നിർവഹിക്കുന്നതിനായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിട്ടുള്ളതാണ്. ഇത് നിർദ്ദേശങ്ങൾ ഓരോന്നായി എടുക്കുകയും നിശ്ചിത ഹാർഡ്‌വെയർ യൂണിറ്റുകൾ (ALU അല്ലെങ്കിൽ FPU പോലുള്ളവ) ഉപയോഗിച്ച് പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു. ഒരു എഫ്പിജിഎയ്ക്ക് നിരവധി പ്രവർത്തനങ്ങൾ സമാന്തരമായി ചെയ്യാൻ ക്രമീകരിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് ഒരേസമയം പ്രവർത്തിക്കുന്ന പൈപ്പ്ലൈനുകളായി വിഭജിക്കാൻ കഴിയുന്ന ജോലികൾക്ക് വളരെ ശക്തമാക്കുന്നു.
• ജിപിയുവുമായുള്ള താരതമ്യം: ഒരു ഗ്രാഫിക്സ് പ്രോസസ്സിംഗ് യൂണിറ്റ് (ജിപിയു) ഒരു പ്രത്യേക തരം സമാന്തര പ്രോസസ്സറാണ്, ഇത് ഒരു പ്രത്യേക തരം ഡാറ്റയ്ക്കായി (ഗ്രാഫിക്സ്, മാട്രിക്സ് കണക്കുകൾ) ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തിരിക്കുന്നു. ഒരു എഫ്പിജിഎ കൂടുതൽ പൊതു-ഉദ്ദേശ്യമുള്ളതാണ്; നിങ്ങളുടെ അൽഗോരിതത്തിന് അനുയോജ്യമായ രീതിയിൽ, യാതൊരു ഓവർഹെഡും ഇല്ലാതെ പൂർണ്ണമായും ഇഷ്ടാനുസൃതമായ ഒരു പ്രോസസ്സിംഗ് ആർക്കിടെക്ചർ നിങ്ങൾക്ക് നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയും.

ഈ പുനഃക്രമീകരണ ശേഷി എഫ്പിജിഎകളെ താഴെ പറയുന്ന പോലുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് അവിശ്വസനീയമാംവിധം വൈവിധ്യപൂർണ്ണമാക്കുന്നു:

• എസിക് (ASIC) പ്രോട്ടോടൈപ്പിംഗ്: ഒരു ആപ്ലിക്കേഷൻ-സ്പെസിഫിക് ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സർക്യൂട്ടിന്റെ (ASIC) ചെലവേറിയ നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിലേക്ക് കടക്കുന്നതിന് മുമ്പ് ഒരു എഫ്പിജിഎയിൽ ഒരു ചിപ്പ് ഡിസൈൻ പരീക്ഷിക്കുന്നു.
• ഹൈ-ഫ്രീക്വൻസി ട്രേഡിംഗ്: മൈക്രോസെക്കൻഡ് തലത്തിലുള്ള ലേറ്റൻസി ഉപയോഗിച്ച് സാമ്പത്തിക അൽഗോരിതങ്ങൾ നടപ്പിലാക്കുന്നു.
• ഡിജിറ്റൽ സിഗ്നൽ പ്രോസസ്സിംഗ് (DSP): റേഡിയോ, ഓഡിയോ, വീഡിയോ സ്ട്രീമുകൾക്കായി ഇഷ്ടാനുസൃത ഫിൽട്ടറുകളും പ്രോസസ്സറുകളും.
• കസ്റ്റം ഹാർഡ്‌വെയർ ആക്സിലറേഷൻ: ഡാറ്റാ സെന്ററുകളിലും എംബഡഡ് സിസ്റ്റങ്ങളിലും സിപിയുവിൽ നിന്നുള്ള കമ്പ്യൂട്ടേഷണൽ ഭാരമേറിയ ജോലികൾ ഓഫ്‌ലോഡ് ചെയ്യുന്നു.

ഹാർഡ്‌വെയർ ഡിസ്ക്രിപ്ഷൻ ലാംഗ്വേജുകളുടെ (HDLs) പങ്ക്

ഒരു എഫ്പിജിഎ ക്രമീകരിക്കുന്നതിന് നിങ്ങൾ കൈകൊണ്ട് സർക്യൂട്ടുകൾ വരയ്ക്കുന്നില്ല. പകരം, നിങ്ങൾ ഒരു പ്രത്യേക ഭാഷ ഉപയോഗിച്ച് അവയെ വിവരിക്കുന്നു—ഒരു എച്ച്ഡിഎൽ. സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ഡെവലപ്പർമാർക്ക് ഇത് ഒരു നിർണായക വ്യത്യാസമാണ്: ഒരു എച്ച്ഡിഎൽ പ്രവർത്തനങ്ങളുടെ ഒരു ക്രമത്തെ വിവരിക്കുന്നില്ല; അത് ഒരു ഭൗതിക ഘടനയെയും കാലക്രമേണയുള്ള അതിന്റെ പെരുമാറ്റത്തെയും വിവരിക്കുന്നു.

നിങ്ങൾ ഒരു സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ഭാഷയിൽ `c = a + b` എന്ന് എഴുതുമ്പോൾ, നിങ്ങൾ ഒരു നിർദ്ദേശം നൽകുകയാണ്. നിങ്ങൾ ഒരു എച്ച്ഡിഎല്ലിൽ തത്തുല്യമായത് എഴുതുമ്പോൾ, നിങ്ങൾ `a`, `b` എന്നീ ഇൻപുട്ടുകളും `c` എന്ന ഔട്ട്പുട്ടുമുള്ള ഒരു ആഡർ സർക്യൂട്ടിന്റെ നിലനിൽപ്പിനെ വിവരിക്കുകയാണ്. ഈ സർക്യൂട്ട് സ്ഥിരമായി നിലനിൽക്കുകയും തുടർച്ചയായി പ്രവർത്തിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഈ സഹജമായ സമാന്തരത്വമാണ് ഹാർഡ്‌വെയർ ഡിസൈനിന്റെ ശക്തിയുടെയും സങ്കീർണ്ണതയുടെയും ഉറവിടം.

പതിറ്റാണ്ടുകളായി, ഈ രംഗത്ത് രണ്ട് പ്രധാന എച്ച്ഡിഎല്ലുകൾ ആധിപത്യം സ്ഥാപിച്ചിട്ടുണ്ട്:

• വിഎച്ച്ഡിഎൽ (VHDL - VHSIC Hardware Description Language): യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സ് ഡിപ്പാർട്ട്മെന്റ് ഓഫ് ഡിഫൻസ് കരാറിൽ നിന്ന് ഉത്ഭവിച്ച വിഎച്ച്ഡിഎൽ, അതിന്റെ ശക്തമായ ടൈപ്പിംഗിനും ദൈർഘ്യമേറിയതും എന്നാൽ വ്യക്തവുമായ വാക്യഘടനയ്ക്കും പേരുകേട്ടതാണ്. എയ്റോസ്പേസ്, പ്രതിരോധം, മറ്റ് ഉയർന്ന വിശ്വാസ്യതയുള്ള മേഖലകളിൽ ഇത് പലപ്പോഴും തിരഞ്ഞെടുക്കപ്പെടുന്നു.
• വെരിലോഗ് (Verilog): സി പ്രോഗ്രാമിംഗ് ഭാഷയെ അനുസ്മരിപ്പിക്കുന്ന വാക്യഘടനയുള്ള വെരിലോഗ്, പലപ്പോഴും കൂടുതൽ സംക്ഷിപ്തമായി കാണപ്പെടുന്നു, വാണിജ്യ അർദ്ധചാലക വ്യവസായത്തിൽ ഇത് വ്യാപകമായി പ്രചാരത്തിലുണ്ട്. സിസ്റ്റംവെരിലോഗ് (SystemVerilog) ഡിസൈനിനും വെരിഫിക്കേഷനുമായി ശക്തമായ സവിശേഷതകൾ ചേർക്കുന്ന ഒരു ആധുനിക വിപുലീകരണമാണ്.

പരമ്പരാഗത എച്ച്ഡിഎൽ വർക്ക്ഫ്ലോ: വെല്ലുവിളികളും പരിമിതികളും

വെരിലോഗ് അല്ലെങ്കിൽ വിഎച്ച്ഡിഎൽ ഉപയോഗിച്ച് ഡിസൈൻ ചെയ്യുന്ന സാധാരണ പ്രക്രിയ കർശനവും സമയമെടുക്കുന്നതുമാണ്. ആധുനിക സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ഡെവലപ്‌മെന്റ് സൈക്കിളുകളുമായി പൊരുത്തപ്പെട്ടവർക്ക് നിരാശാജനകമായേക്കാവുന്ന ഒരു മൾട്ടി-സ്റ്റേജ് പ്രോസസ്സ് ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.

1. ഡിസൈൻ എൻട്രി: ആവശ്യമുള്ള ഹാർഡ്‌വെയർ മൊഡ്യൂളുകളെ വിവരിക്കുന്ന എച്ച്ഡിഎൽ കോഡ് എഴുതുക.
2. സിമുലേഷൻ: നിങ്ങളുടെ ഡിസൈനിന്റെ ഔട്ട്പുട്ടുകൾ ഒരു സിമുലേറ്ററിൽ പരിശോധിക്കുന്നതിനും ഉത്തേജനങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും ഒരു പ്രത്യേക എച്ച്ഡിഎൽ ടെസ്റ്റ്ബെഞ്ച് എഴുതുക. ഇത് പലപ്പോഴും സ്വയം ഒരു സങ്കീർണ്ണമായ ജോലിയാണ്.
3. സിന്തസിസ്: നിങ്ങളുടെ എച്ച്ഡിഎൽ വിവരണത്തെ ലോജിക് ഗേറ്റുകളുടെയും കണക്ഷനുകളുടെയും ഒരു ലോ-ലെവൽ പ്രാതിനിധ്യത്തിലേക്ക് വിവർത്തനം ചെയ്യാൻ ഒരു സിന്തസിസ് ടൂൾ ഉപയോഗിക്കുക, ഇതിനെ നെറ്റ്‌ലിസ്റ്റ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു.
4. പ്ലേസ് ആൻഡ് റൂട്ട്: ഈ ഓട്ടോമേറ്റഡ് പ്രോസസ്സ് നെറ്റ്‌ലിസ്റ്റിനെ എടുത്ത് ടാർഗെറ്റ് എഫ്പിജിഎയുടെ പ്രത്യേക വിഭവങ്ങളിലേക്ക് മാപ്പ് ചെയ്യുന്നു, ഓരോ ലോജിക് എലമെന്റിന്റെയും ഭൗതിക സ്ഥാനം നിർണ്ണയിക്കുകയും അവയ്ക്കിടയിലുള്ള കണക്ഷനുകൾ റൂട്ട് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു.
5. ബിറ്റ്സ്ട്രീം ജനറേഷനും പ്രോഗ്രാമിംഗും: അവസാന ഔട്ട്പുട്ട് ഒരു ബിറ്റ്സ്ട്രീം ഫയലാണ്, ഇത് നിങ്ങളുടെ ഡിസൈൻ നടപ്പിലാക്കുന്നതിനായി എഫ്പിജിഎയിലേക്ക് ലോഡ് ചെയ്യുന്ന ഒരു ബൈനറി കോൺഫിഗറേഷൻ ഫയലാണ്.

ഈ വർക്ക്ഫ്ലോ നിരവധി വെല്ലുവിളികൾ ഉയർത്തുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് പുതിയവർക്ക്:

• കുത്തനെയുള്ള പഠന പ്രയാസം: എച്ച്ഡിഎല്ലുകളുടെ വാക്യഘടനയും, അതിലും പ്രധാനമായി, അതിന്റെ സഹവർത്തിത്വ മനോഭാവവും സോഫ്റ്റ്‌വെയർ എഞ്ചിനീയർമാർക്ക് എളുപ്പത്തിൽ മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിയാത്തതാണ്.
• ദീർഘവും ആവർത്തനസ്വഭാവമുള്ളതുമായ കോഡ്: ഒരു വലിയ രജിസ്റ്റർ ഫയൽ പോലുള്ള സങ്കീർണ്ണവും എന്നാൽ ചിട്ടയുള്ളതുമായ ഘടനകൾ വിവരിക്കുന്നതിന് നൂറുകണക്കിന് വരികളുള്ള ബോയിലർപ്ലേറ്റ് കോഡ് ആവശ്യമായി വന്നേക്കാം.
• പരിമിതമായ അബ്സ്ട്രാക്ഷൻ: മോഡുലാർ ഡിസൈൻ സാധ്യമാണെങ്കിലും, പൈത്തൺ പോലുള്ള ഒരു ഭാഷയിലേതിനേക്കാൾ ഉയർന്ന തലത്തിലുള്ളതും, പാരാമീറ്ററൈസ് ചെയ്യാവുന്നതും, പുനരുപയോഗിക്കാവുന്നതുമായ ഘടകങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നത് വളരെ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്.
• വിഘടിച്ച ടൂൾചെയിനുകൾ: ഡിസൈൻ, വെരിഫിക്കേഷൻ പ്രക്രിയ പലപ്പോഴും സൈലിൻക്സ് (ഇപ്പോൾ എഎംഡി), ഇന്റൽ (മുമ്പ് അൽടെറ) പോലുള്ള എഫ്പിജിഎ വെണ്ടർമാരിൽ നിന്നുള്ള വിലയേറിയതും, പ്രൊപ്രൈറ്ററിയും, ജിയുഐ-ഹെവി ടൂളുകളെ ആശ്രയിക്കുന്നു.
• ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള വെരിഫിക്കേഷൻ: പരമ്പരാഗത എച്ച്ഡിഎല്ലുകളിൽ സമഗ്രമായ ടെസ്റ്റ്ബെഞ്ചുകൾ എഴുതുന്നത് ഒരു പ്രത്യേക വൈദഗ്ദ്ധ്യം തന്നെയാണ്. വലിയ ഡിസൈനുകൾ സിമുലേറ്റ് ചെയ്യുന്നത് വളരെ പതുക്കെയാകാം, ഇത് നീണ്ട ഡീബഗ് സൈക്കിളുകളിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.

പൈത്തൺ വിപ്ലവം: ഹൈ-ലെവൽ എച്ച്ഡിഎല്ലുകളും വെരിഫിക്കേഷൻ ഫ്രെയിംവർക്കുകളും

ഇവിടെയാണ് പൈത്തൺ വേദിയിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുന്നത്. വെരിലോഗ് അല്ലെങ്കിൽ വിഎച്ച്ഡിഎൽ നേരിട്ട് എഴുതുന്നതിന് പകരം, നിങ്ങളുടെ ഹാർഡ്‌വെയറിനെ വളരെ ഉയർന്ന തലത്തിലുള്ള അബ്സ്ട്രാക്ഷനിൽ വിവരിക്കാൻ നിങ്ങൾക്ക് ഒരു പൈത്തൺ ലൈബ്രറി ഉപയോഗിക്കാം. ഈ സമീപനം, പലപ്പോഴും ഒരു ഹൈ-ലെവൽ എച്ച്ഡിഎൽ അല്ലെങ്കിൽ ഒരു ഹാർഡ്‌വെയർ കൺസ്ട്രക്ഷൻ ലൈബ്രറി എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നു, ഔട്ട്പുട്ടായി പരമ്പരാഗത എച്ച്ഡിഎൽ കോഡ് ജനറേറ്റ് ചെയ്യാൻ പൈത്തണിന്റെ ശക്തമായ സവിശേഷതകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു.

ഇതിന്റെ പ്രയോജനങ്ങൾ വിപ്ലവകരമാണ്:

• ഉൽപ്പാദനക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു: ഒരേ ഫലം നേടാൻ കുറഞ്ഞ കോഡ് എഴുതുക. ഹാർഡ്‌വെയർ കൂടുതൽ അവബോധജന്യമായ രീതിയിൽ വിവരിക്കുന്നതിന് ലൂപ്പുകൾ, ഫംഗ്ഷനുകൾ, ക്ലാസുകൾ പോലുള്ള പരിചിതമായ പ്രോഗ്രാമിംഗ് ഘടനകൾ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുക.
• ശക്തമായ മെറ്റാപ്രോഗ്രാമിംഗ്: നിങ്ങൾ പൈത്തൺ ഉപയോഗിക്കുന്നതിനാൽ, ഹാർഡ്‌വെയർ ഡിസൈനുകൾ എഴുതുന്ന പ്രോഗ്രാമുകൾ നിങ്ങൾക്ക് എഴുതാം. ക്രമീകരിക്കാവുന്ന എണ്ണം പൈപ്പ്ലൈൻ ഘട്ടങ്ങളുള്ള ഒരു പ്രോസസർ അല്ലെങ്കിൽ വേരിയബിൾ എണ്ണം ചാനലുകളുള്ള ഒരു കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ കോർ ആവശ്യമുണ്ടോ? നൂറുകണക്കിന് വെരിലോഗ് വരികൾ സ്വമേധയാ മാറ്റിയെഴുതുന്നതിനു പകരം ഒരു പൈത്തൺ സ്ക്രിപ്റ്റിൽ കുറച്ച് പാരാമീറ്ററുകൾ ഉപയോഗിച്ച് നിങ്ങൾക്ക് അത് നിർവചിക്കാം.
• വിപുലമായ വെരിഫിക്കേഷൻ: ഇതാണ് ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട നേട്ടം എന്ന് വാദിക്കാം. നിങ്ങളുടെ ഹാർഡ്‌വെയർ ഡിസൈൻ പരീക്ഷിക്കാൻ നിങ്ങൾക്ക് മുഴുവൻ പൈത്തൺ ഇക്കോസിസ്റ്റവും ഉപയോഗിക്കാം. pytest പോലുള്ള ഫ്രെയിംവർക്കുകൾ വൃത്തിയുള്ളതും ശക്തവുമായ യൂണിറ്റ് ടെസ്റ്റുകൾ എഴുതാൻ ഉപയോഗിക്കാം. നിങ്ങളുടെ സിസ്റ്റത്തിന്റെ ഭാഗങ്ങൾ പൈത്തണിൽ മോഡൽ ചെയ്യാനും ഫയലുകളിൽ നിന്നോ നെറ്റ്‌വർക്ക് സോക്കറ്റുകളിൽ നിന്നോ ഡാറ്റ നൽകാനും NumPy, Matplotlib പോലുള്ള ലൈബ്രറികൾ ഉപയോഗിച്ച് ഫലങ്ങൾ വിശകലനം ചെയ്യാനും കഴിയും - എല്ലാം ഒരൊറ്റ, യോജിച്ച ടെസ്റ്റ് പരിതസ്ഥിതിയിൽ.
• കോഡ് പുനരുപയോഗവും അബ്സ്ട്രാക്ഷനും: പൈത്തൺ ക്ലാസുകൾ ഉപയോഗിച്ച് സങ്കീർണ്ണവും പാരാമീറ്ററൈസ് ചെയ്യാവുന്നതുമായ ഹാർഡ്‌വെയർ ഘടകങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുക. ഇത് ക്രമീകരിക്കാനും സംയോജിപ്പിക്കാനും എളുപ്പമുള്ള വിശ്വസനീയമായ ഐപി (ഇന്റലക്ച്വൽ പ്രോപ്പർട്ടി) കോറുകളുടെ ലൈബ്രറികൾ നിർമ്മിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു.
• ഏകീകൃത പരിസ്ഥിതി: ഹാർഡ്‌വെയർ സിമുലേഷനും സോഫ്റ്റ്‌വെയർ മോഡലിംഗും തമ്മിലുള്ള അതിർവരമ്പ് മങ്ങുന്നു. നിങ്ങളുടെ ഹാർഡ്‌വെയർ ലോജിക്കും അതിനെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന സോഫ്റ്റ്‌വെയറും ഒരേ പരിതസ്ഥിതിയിൽ വികസിപ്പിക്കാനും പരീക്ഷിക്കാനും കഴിയും, ഇത് മുഴുവൻ സിസ്റ്റം ഡിസൈൻ പ്രക്രിയയും കാര്യക്ഷമമാക്കുന്നു.

പൈത്തൺ-അധിഷ്ഠിത എച്ച്ഡിഎൽ, വെരിഫിക്കേഷൻ ഫ്രെയിംവർക്കുകളുടെ ഒരു പര്യടനം

പൈത്തൺ ഹാർഡ്‌വെയർ ഇക്കോസിസ്റ്റം കാര്യമായി പക്വത പ്രാപിച്ചിട്ടുണ്ട്, നിരവധി മികച്ച ഓപ്പൺ സോഴ്‌സ് ടൂളുകൾ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു. ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട ചിലതിനെക്കുറിച്ച് നമുക്ക് പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യാം.

അമരാന്ത് എച്ച്ഡിഎൽ (Amaranth HDL): ആധുനിക ടൂൾകിറ്റ്

അമരാന്ത് (മുമ്പ് nMigen എന്നറിയപ്പെട്ടിരുന്നു) അതിന്റെ വൃത്തിയുള്ള രൂപകൽപ്പനയ്ക്കും ശക്തമായ സവിശേഷതകൾക്കും കാര്യമായ അംഗീകാരം നേടിയ ഒരു ആധുനിക പൈത്തൺ-അധിഷ്ഠിത എച്ച്ഡിഎൽ ആണ്. ഇത് ഹാർഡ്‌വെയർ ഡിസൈനിനെ ഒരു ഡിജിറ്റൽ സർക്യൂട്ടിന്റെ മാതൃക നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പ്രശ്നമായാണ് കണക്കാക്കുന്നത്, അത് പിന്നീട് ഒരു അന്തിമ രൂപത്തിലേക്ക് വികസിപ്പിക്കുന്നു. ഇംപറേറ്റീവ് പ്രോഗ്രാമിംഗ് ആശയങ്ങളെ ഹാർഡ്‌വെയറിലേക്ക് മാപ്പ് ചെയ്യാൻ ശ്രമിക്കുന്നതിലെ പല അപകടങ്ങളും ഈ സമീപനം ഒഴിവാക്കുന്നു.

പ്രധാന സവിശേഷതകൾ:

• വ്യക്തമായ സെമാന്റിക്സ്: ഡിസൈൻ ജനറേറ്റ് ചെയ്യുന്ന പൈത്തൺ കോഡും ഹാർഡ്‌വെയർ ലോജിക്കും തമ്മിൽ വ്യക്തമായ വേർതിരിവ്.
• കോമ്പിനേഷണൽ, സിൻക്രണസ് ലോജിക്: രണ്ട് അടിസ്ഥാന തരം ഡിജിറ്റൽ ലോജിക്കുകളെ വിവരിക്കുന്നതിനുള്ള വ്യക്തവും സുരക്ഷിതവുമായ മാർഗ്ഗം.
• സംയോജിത സിമുലേറ്റർ: ഒരു ബിൽറ്റ്-ഇൻ സിമുലേറ്റർ പൈത്തണിൽ നേരിട്ട് വേഗത്തിലുള്ള പരിശോധന അനുവദിക്കുന്നു.
• എലാബൊറേഷൻ-ടൈം പൈത്തൺ: സങ്കീർണ്ണവും പാരാമീറ്ററൈസ് ചെയ്യാവുന്നതുമായ ഡിസൈനുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് ഹാർഡ്‌വെയർ ജനറേഷൻ ഘട്ടത്തിൽ പൈത്തണിന്റെ പൂർണ്ണ ശക്തി ഉപയോഗിക്കുക.

ഉദാഹരണം: അമരാന്തിൽ ഒരു ലളിതമായ മിന്നുന്ന എൽഇഡി

ഈ ഉദാഹരണം എഫ്പിജിഎകൾക്കായുള്ള ഒരു സാധാരണ "ഹലോ, വേൾഡ്!" പ്രദർശിപ്പിക്കുന്നു. ഇത് ഓരോ ക്ലോക്ക് സൈക്കിളിലും വർദ്ധിക്കുന്ന ഒരു കൗണ്ടർ സൃഷ്ടിക്കുന്നു. കൗണ്ടർ ഒരു പരമാവധി മൂല്യത്തിൽ എത്തുമ്പോൾ, അത് ഒരു എൽഇഡിയുടെ അവസ്ഥ മാറ്റുകയും റീസെറ്റ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു.

            
# Note: This is a conceptual example. Assumes a board with a 12 MHz clock.
from amaranth import *
from amaranth.build import Platform

class Blinky(Elaboratable):
    def elaborate(self, platform: Platform) -> Module:
        m = Module()

        # Get the LED pin from the board's platform definition
        led = platform.request("led", 0)
        # Define a counter register. The size is chosen to provide a ~1 second blink.
        # 12,000,000 cycles / 2 = 6,000,000 cycles for a half-period.
        # 2**22 is approx 4.2 million, 2**23 is approx 8.4 million.
        # We'll use a 23-bit counter.
        counter = Signal(23)

        # Define the clock domain (usually "sync" for the main clock)
        with m.Domain("sync"):
            # When the counter reaches 6,000,000-1, toggle the LED and reset the counter
            with m.If(counter == 6000000 - 1):
                m.d.sync += led.o.eq(~led.o)
                m.d.sync += counter.eq(0)
            # Otherwise, just increment the counter
            with m.Else():
                m.d.sync += counter.eq(counter + 1)

        return m

            

              
                Copy
              
            
          

MyHDL: ദി വെറ്ററൻ

MyHDL ആദ്യകാലത്തെയും ഏറ്റവും സ്ഥാപിതമായതുമായ പൈത്തൺ എച്ച്ഡിഎൽ ഫ്രെയിംവർക്കുകളിൽ ഒന്നാണ്. ഇത് അമരാന്തിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായ ഒരു സമീപനം സ്വീകരിക്കുന്നു, വെരിലോഗിന്റെ `always` ബ്ലോക്കുകളുടെ ഘടനയെ അനുകരിക്കാൻ പൈത്തണിന്റെ ജനറേറ്ററുകളും ഡെക്കറേറ്ററുകളും ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇത് ഒരു പരമ്പരാഗത എച്ച്ഡിഎൽ പശ്ചാത്തലമുള്ള എഞ്ചിനീയർമാർക്ക് കൂടുതൽ പരിചിതമായി തോന്നിയേക്കാം.

പ്രധാന സവിശേഷതകൾ:

• വിഎച്ച്ഡിഎൽ, വെരിലോഗ് പരിവർത്തനം: MyHDL-ന്റെ പ്രാഥമിക പ്രവർത്തനം പൈത്തൺ വിവരണത്തെ തത്തുല്യവും മനുഷ്യർക്ക് വായിക്കാൻ കഴിയുന്നതുമായ വിഎച്ച്ഡിഎൽ അല്ലെങ്കിൽ വെരിലോഗ് കോഡിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യുക എന്നതാണ്.
• കോ-സിമുലേഷൻ: ഐകാറസ് വെരിലോഗ് പോലുള്ള പ്രൊഫഷണൽ സിമുലേറ്ററുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഒരു വെരിലോഗ് മൊഡ്യൂളിനൊപ്പം ഒരു MyHDL ഡിസൈൻ സിമുലേറ്റ് ചെയ്യാൻ അനുവദിക്കുന്നു.
• പ്രൊസീജറൽ സ്റ്റൈൽ: ജനറേറ്ററുകളുടെ ഉപയോഗം (`yield`) പരമ്പരാഗത എച്ച്ഡിഎല്ലുകൾക്ക് സമാനമായ ഒരു പ്രോസസ്-ഓറിയന്റഡ് മോഡലിംഗ് ശൈലി സൃഷ്ടിക്കുന്നു.

ഉദാഹരണം: MyHDL-ൽ ഒരു കൗണ്ടർ

            
from myhdl import block, Signal, intbv, always, always_comb, instance

@block
def counter(clk, reset, count_out):
    """ A simple 8-bit synchronous counter """
    
    # Define an 8-bit signal (register) for the count value
    # intbv is used for bit-vector types
    count = Signal(intbv(0)[8:])

    # This decorator describes a sequential (clocked) process
    @always(clk.posedge)
    def seq_logic():
        if reset == 1:
            count.next = 0
        else:
            count.next = count + 1

    # This decorator describes a combinational (instantaneous) process
    # It assigns the internal count register to the output port
    @always_comb
    def comb_logic():
        count_out.next = count

    # Return the defined logic instances
    return seq_logic, comb_logic

            

              
                Copy
              
            
          

കൊക്കോട്ട്ബ് (Cocotb): ദി വെരിഫിക്കേഷൻ ചാമ്പ്യൻ

കൊക്കോട്ട്ബ് (cocotb - COroutine COsimulation TestBench) ഹാർഡ്‌വെയർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാനുള്ള ഒരു എച്ച്ഡിഎൽ അല്ല, പക്ഷേ എഫ്‌പി‌ജി‌എ രംഗത്ത് ഏറ്റവും സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്ന പൈത്തൺ ടൂൾ ഇതാണെന്ന് വാദിക്കാം. നിലവിലുള്ള വിഎച്ച്ഡിഎൽ അല്ലെങ്കിൽ വെരിലോഗ് ഡിസൈനുകൾ പരിശോധിക്കുന്നതിനായി പൈത്തണിൽ ടെസ്റ്റ്ബെഞ്ചുകൾ എഴുതുന്നതിനുള്ള ഒരു ഫ്രെയിംവർക്കാണിത്.

ഒരു സങ്കീർണ്ണമായ വെരിലോഗ് ടെസ്റ്റ്ബെഞ്ച് എഴുതുന്നതിനു പകരം, നിങ്ങളുടെ ഡിസൈൻ ("ഡിവൈസ് അണ്ടർ ടെസ്റ്റ്" അല്ലെങ്കിൽ DUT) ഒരു സിമുലേറ്ററിൽ ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്യുകയും ഒരു പൈത്തൺ സ്ക്രിപ്റ്റിൽ നിന്ന് നേരിട്ട് അതിനോട് സംവദിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇത് വെരിഫിക്കേഷനായി മുഴുവൻ പൈത്തൺ ഇക്കോസിസ്റ്റവും തുറന്നുതരുന്നു.

എന്തുകൊണ്ടാണ് ഇത് ഇത്ര ശക്തമാകുന്നത്?

• ഡാറ്റ വായിക്കുകയും എഴുതുകയും ചെയ്യുക: ഒരു സി‌എസ്‌വി ഫയലിൽ നിന്ന് ടെസ്റ്റ് വെക്റ്ററുകൾ എളുപ്പത്തിൽ വായിക്കുക, NumPy ഉപയോഗിച്ച് സങ്കീർണ്ണമായ ഉത്തേജനങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുക, അല്ലെങ്കിൽ നിങ്ങളുടെ DUT-ലേക്ക് ഒരു നെറ്റ്‌വർക്ക് സോക്കറ്റിലൂടെ ഡാറ്റ സ്ട്രീം ചെയ്യുക.
• വിപുലമായ പരിശോധന: സങ്കീർണ്ണമായ ഔട്ട്‌പുട്ടുകൾ പരിശോധിക്കാൻ പൈത്തണിന്റെ ശക്തമായ അസേർഷൻ കഴിവുകളും ഡാറ്റ വിശകലന ലൈബ്രറികളും ഉപയോഗിക്കുക.
• ബസ് ഫംഗ്ഷണൽ മോഡലുകൾ (BFMs): AXI, I2C, അല്ലെങ്കിൽ SPI പോലുള്ള സ്റ്റാൻഡേർഡ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ പ്രോട്ടോക്കോളുകൾ മോഡൽ ചെയ്യുന്നതിന് പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന പൈത്തൺ ക്ലാസുകൾ സൃഷ്ടിക്കുക, ഇത് നിങ്ങളുടെ ടെസ്റ്റുകളെ കൂടുതൽ വൃത്തിയുള്ളതും കരുത്തുറ്റതുമാക്കുന്നു.
• Pytest-മായുള്ള സംയോജനം: കൊക്കോട്ട്ബ് `pytest`-മായി തടസ്സമില്ലാതെ സംയോജിക്കുന്നു, പാരാമീറ്ററൈസ്ഡ് ടെസ്റ്റുകളും ഫിക്സ്ചറുകളും പോലുള്ള ആധുനിക സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ടെസ്റ്റിംഗ് രീതികൾ സ്വീകരിക്കാൻ നിങ്ങളെ അനുവദിക്കുന്നു.

പല ടീമുകൾക്കും, ഹാർഡ്‌വെയർ വികസനത്തിനായി പൈത്തൺ ഉപയോഗിക്കുന്നതിനുള്ള ആദ്യത്തേതും ഏറ്റവും മൂല്യവത്തായതുമായ ഘട്ടമാണ് `cocotb`. ഇത് അവരുടെ പ്രധാന ഡിസൈൻ ഭാഷ മാറ്റാതെ തന്നെ അവരുടെ വെരിഫിക്കേഷൻ പ്രക്രിയ ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്താൻ അവരെ അനുവദിക്കുന്നു.

പ്രായോഗിക വർക്ക്ഫ്ലോ: പൈത്തണിൽ നിന്ന് പ്രോഗ്രാം ചെയ്ത എഫ്പിജിഎയിലേക്ക്

അപ്പോൾ, ഇതെല്ലാം എങ്ങനെയാണ് ഒരുമിച്ച് വരുന്നത്? അമരാന്ത് പോലുള്ള ഒരു ആധുനിക പൈത്തൺ എച്ച്ഡിഎൽ ഉപയോഗിച്ചുള്ള ഒരു സാധാരണ വികസന വർക്ക്ഫ്ലോ നമുക്ക് രൂപരേഖ തയ്യാറാക്കാം.

1. പൈത്തണിൽ ഡിസൈൻ ചെയ്യുക: മുകളിലുള്ള `Blinky` ഉദാഹരണം പോലെ, നിങ്ങളുടെ ഹാർഡ്‌വെയർ മൊഡ്യൂളുകൾ പൈത്തൺ ക്ലാസുകളായി എഴുതുക. നിങ്ങളുടെ ഡിസൈൻ കോൺഫിഗർ ചെയ്യാവുന്നതും വൃത്തിയുള്ളതുമാക്കാൻ പൈത്തണിന്റെ സവിശേഷതകൾ ഉപയോഗിക്കുക.
2. പൈത്തണിൽ സിമുലേറ്റ് ചെയ്യുകയും വെരിഫൈ ചെയ്യുകയും ചെയ്യുക: അമരാന്തിന്റെ ബിൽറ്റ്-ഇൻ സിമുലേറ്ററും പൈത്തണിന്റെ `unittest` അല്ലെങ്കിൽ `pytest` ഫ്രെയിംവർക്കുകളും ഉപയോഗിച്ച് ഒരു ടെസ്റ്റ് സ്ക്രിപ്റ്റ് എഴുതുക. ഇത് വളരെ വേഗത്തിലുള്ള ആവർത്തനത്തിന് അനുവദിക്കുന്നു, കാരണം നിങ്ങളുടെ പൈത്തൺ പരിതസ്ഥിതിയിൽ നിന്ന് പുറത്തുപോകാതെ തന്നെ ബഗുകൾ കണ്ടെത്താനും പരിഹരിക്കാനും കഴിയും.
3. വെരിലോഗ് ജനറേറ്റ് ചെയ്യുക (എലാബൊറേഷൻ): നിങ്ങളുടെ ഡിസൈനിൽ നിങ്ങൾക്ക് ആത്മവിശ്വാസമുണ്ടായിക്കഴിഞ്ഞാൽ, നിങ്ങളുടെ ഡിസൈൻ "എലാബൊറേറ്റ്" ചെയ്യാനും അത് ഒരു സ്റ്റാൻഡേർഡ് വെരിലോഗ് ഫയലായി ഔട്ട്പുട്ട് ചെയ്യാനും നിങ്ങളുടെ പൈത്തൺ എച്ച്ഡിഎൽ ഫ്രെയിംവർക്കിനോട് പറയുന്ന ഒരു സ്ക്രിപ്റ്റ് നിങ്ങൾ പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്: `amaranth.cli.main(Blinky(), ports=[led])`.
4. സിന്തസൈസ്, പ്ലേസ്, ആൻഡ് റൂട്ട്: ഈ ഘട്ടം വെണ്ടർ അല്ലെങ്കിൽ ഓപ്പൺ സോഴ്‌സ് ടൂൾചെയിനുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. മുൻ ഘട്ടത്തിൽ ജനറേറ്റ് ചെയ്ത വെരിലോഗ് ഫയൽ നിങ്ങൾ സൈലിൻക്സ് വിവാഡോ, ഇന്റൽ ക്വാർട്ടസ്, അല്ലെങ്കിൽ ഓപ്പൺ സോഴ്‌സ് Yosys/nextpnr ഫ്ലോ പോലുള്ള ടൂളുകളിലേക്ക് നൽകുന്നു. ഈ പ്രക്രിയ പലപ്പോഴും `edalize` അല്ലെങ്കിൽ മേക്ക്ഫയലുകൾ പോലുള്ള ബിൽഡ് സിസ്റ്റങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് ഓട്ടോമേറ്റ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു.
5. എഫ്പിജിഎ പ്രോഗ്രാം ചെയ്യുക: ടൂൾചെയിൻ ഒരു അന്തിമ ബിറ്റ്സ്ട്രീം ഫയൽ നിർമ്മിക്കുന്നു. ഈ ഫയൽ നിങ്ങളുടെ എഫ്പിജിഎയിലേക്ക് ലോഡ് ചെയ്യാൻ നിങ്ങൾ വെണ്ടറുടെ പ്രോഗ്രാമിംഗ് യൂട്ടിലിറ്റി ഉപയോഗിക്കുന്നു, നിങ്ങളുടെ പൈത്തണിൽ വിവരിച്ച ഹാർഡ്‌വെയർ ജീവൻ വെക്കുന്നു.

പൈത്തണും പരമ്പരാഗത എച്ച്ഡിഎല്ലുകളും: ഒരു സഹജീവി ബന്ധം

പൈത്തണിനെ വെരിലോഗിനും വിഎച്ച്ഡിഎല്ലിനും പകരമായി കാണുന്നതിനേക്കാൾ, ഒരു ശക്തമായ പങ്കാളിയായി കാണേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്. ഡിജിറ്റൽ ഡിസൈനിന്റെ ഭാവി ഹൈബ്രിഡ് ആണ്, അവിടെ എഞ്ചിനീയർമാർ ജോലിക്ക് ഏറ്റവും മികച്ച ഉപകരണം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ചില സാധാരണ സാഹചര്യങ്ങൾ ഇതാ:

• ഫുൾ-സ്റ്റാക്ക് പൈത്തൺ ഡിസൈൻ: പുതിയ പ്രോജക്റ്റുകൾക്ക്, പ്രത്യേകിച്ച് ഗവേഷണം, സ്റ്റാർട്ടപ്പുകൾ, അല്ലെങ്കിൽ ഹോബിയിസ്റ്റ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ, അമരാന്ത് പോലുള്ള ഒരു ഫ്രെയിംവർക്കിൽ മുഴുവൻ സിസ്റ്റവും രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നത് പരമാവധി ഉൽപ്പാദനക്ഷമത വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു.
• ലെഗസി ഐപിക്ക് കൊക്കോട്ട്ബ്: നിങ്ങൾക്ക് വിഎച്ച്ഡിഎൽ അല്ലെങ്കിൽ വെരിലോഗിന്റെ ഒരു വലിയ, നിലവിലുള്ള കോഡ്ബേസ് ഉണ്ടെങ്കിൽ, നിങ്ങൾ അത് മാറ്റിയെഴുതേണ്ടതില്ല. കൂടുതൽ കരുത്തുറ്റ ഒരു വെരിഫിക്കേഷൻ എൻവയോൺമെന്റ് സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് `cocotb` ഉപയോഗിച്ച് പൈത്തണിൽ നിങ്ങളുടെ ടെസ്റ്റ്ബെഞ്ചുകൾ എഴുതി നിങ്ങൾക്ക് ഉടനടി മൂല്യം നേടാൻ കഴിയും.
• സിസ്റ്റം ഇന്റഗ്രേഷനായി പൈത്തൺ: മുൻകൂട്ടി നിലവിലുള്ളതും സ്വമേധയാ എഴുതിയതുമായ ഐപി കോറുകളെ ഒരുമിച്ച് ചേർക്കുന്ന "ഗ്ലൂ ലോജിക്," മെമ്മറി മാപ്പുകൾ, ബസ് ഇന്റർകണക്റ്റുകൾ എന്നിവ ജനറേറ്റ് ചെയ്യാൻ പൈത്തൺ ഉപയോഗിക്കുക. ഇത് സിസ്റ്റം-ഓൺ-ചിപ്പ് (SoC) ഡിസൈനിന്റെ ഏറ്റവും മടുപ്പിക്കുന്നതും പിശകുകൾക്ക് സാധ്യതയുള്ളതുമായ ഭാഗങ്ങളിലൊന്ന് ഓട്ടോമേറ്റ് ചെയ്യുന്നു.
• ഹൈ-ലെവൽ അൽഗോരിതം മോഡലിംഗ്: പൈത്തണിൽ ഒരു സങ്കീർണ്ണമായ അൽഗോരിതം വികസിപ്പിക്കുകയും പരിഷ്കരിക്കുകയും ചെയ്യുക. അത് ശരിയാണെന്ന് തെളിയിച്ചുകഴിഞ്ഞാൽ, വെരിഫിക്കേഷനായി യഥാർത്ഥ പൈത്തൺ മോഡലിനെ ഒരു സുവർണ്ണ റഫറൻസായി ഉപയോഗിച്ച്, അതിനെ ഒരു ഹാർഡ്‌വെയർ നടപ്പാക്കലിലേക്ക് ചിട്ടയായി വിവർത്തനം ചെയ്യാൻ ഒരു പൈത്തൺ എച്ച്ഡിഎൽ ഉപയോഗിക്കുക.

എഫ്പിജിഎ വികസനത്തിനായി പൈത്തൺ ആര് പരിഗണിക്കണം?

ഹാർഡ്‌വെയർ ഡിസൈനിലെ ഈ ആധുനിക സമീപനം വിവിധ റോളുകളിലും വ്യവസായങ്ങളിലും വ്യാപകമായ ആകർഷണം നേടിയിട്ടുണ്ട്:

• സോഫ്റ്റ്‌വെയർ എഞ്ചിനീയർമാർ: കസ്റ്റം ഹാർഡ്‌വെയർ ഉപയോഗിച്ച് തങ്ങളുടെ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ ത്വരിതപ്പെടുത്താൻ ആഗ്രഹിക്കുന്നവർക്ക്, പൈത്തൺ ഒരു പരിചിതമായ പ്രവേശന പോയിന്റ് വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, പരമ്പരാഗത എച്ച്ഡിഎല്ലുകളുടെ താഴ്ന്ന തലത്തിലുള്ള സങ്കീർണ്ണതയുടെ ഭൂരിഭാഗവും ഒഴിവാക്കുന്നു.
• ഗവേഷകരും ശാസ്ത്രജ്ഞരും: ഒരു പൂർണ്ണ ഹാർഡ്‌വെയർ എഞ്ചിനീയറിംഗ് പാഠ്യപദ്ധതിയിൽ കുടുങ്ങാതെ തന്നെ പുതിയ കമ്പ്യൂട്ടിംഗ് ആർക്കിടെക്ചറുകളോ സിഗ്നൽ പ്രോസസ്സിംഗ് അൽഗോരിതങ്ങളോ വേഗത്തിൽ പ്രോട്ടോടൈപ്പ് ചെയ്യുകയും പരീക്ഷിക്കുകയും ചെയ്യുക.
• ഹോബിയിസ്റ്റുകളും നിർമ്മാതാക്കളും: കുറഞ്ഞ വിലയുള്ള എഫ്പിജിഎ ബോർഡുകൾ ഇപ്പോൾ വ്യാപകമായി ലഭ്യമാണ്. ഡിജിറ്റൽ ലോജിക് ഡിസൈനിൽ പരീക്ഷണം നടത്താൻ ആഗ്രഹിക്കുന്ന വ്യക്തികൾക്ക് പൈത്തൺ ഈ മേഖലയെ കൂടുതൽ പ്രാപ്യമാക്കുന്നു.
• ഹാർഡ്‌വെയർ എഞ്ചിനീയർമാർ: പരിചയസമ്പന്നരായ ഡിജിറ്റൽ ഡിസൈനർമാർക്ക് മടുപ്പിക്കുന്ന ജോലികൾ ഓട്ടോമേറ്റ് ചെയ്യാനും, കൂടുതൽ ശക്തവും പുനരുപയോഗിക്കാവുന്നതുമായ ഘടക ലൈബ്രറികൾ നിർമ്മിക്കാനും, പരമ്പരാഗത എച്ച്ഡിഎൽ ടെസ്റ്റ്ബെഞ്ചുകൾ ഉപയോഗിച്ച് സാധ്യമാകുന്നതിനേക്കാൾ പതിന്മടങ്ങ് ശക്തമായ വെരിഫിക്കേഷൻ പരിതസ്ഥിതികൾ സൃഷ്ടിക്കാനും പൈത്തൺ പ്രയോജനപ്പെടുത്താം.

ഉപസംഹാരം: ഭാവി ഹൈബ്രിഡും ഉൽപ്പാദനക്ഷമവുമാണ്

സോഫ്റ്റ്‌വെയർ, ഹാർഡ്‌വെയർ ഡിസൈനുകളുടെ സംഗമം ത്വരിതഗതിയിലാണ്, ഈ മുന്നേറ്റത്തിന്റെ മുൻനിരയിൽ പൈത്തൺ ഉണ്ട്. ഡിജിറ്റൽ ലോജിക് വിവരിക്കുന്നതിനും പരിശോധിക്കുന്നതിനും ഉയർന്ന തലത്തിലുള്ളതും ഉൽപ്പാദനക്ഷമവും ശക്തവുമായ ഒരു പരിസ്ഥിതി നൽകുന്നതിലൂടെ, പൈത്തൺ-അധിഷ്ഠിത ടൂളുകൾ എഫ്പിജിഎ വികസനത്തെ ജനാധിപത്യവൽക്കരിക്കുകയാണ്. അവ കസ്റ്റം ഹാർഡ്‌വെയർ സൊല്യൂഷനുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഒരു പുതിയ തലമുറ ഡെവലപ്പർമാരെ ശാക്തീകരിക്കുകയും പരിചയസമ്പന്നരായ വിദഗ്ധരെ മുമ്പെന്നത്തേക്കാളും കാര്യക്ഷമമായി പ്രവർത്തിക്കാൻ പ്രാപ്തരാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

ചോദ്യം ഇനി "പൈത്തൺ എതിരായി വെരിലോഗ്" എന്നതല്ല. അവയെ എങ്ങനെ ബുദ്ധിപരമായി സംയോജിപ്പിക്കാം എന്നതാണ് ചോദ്യം. നിങ്ങൾ ഒരു ഉയർന്ന തലത്തിലുള്ള അമരാന്ത് വിവരണത്തിൽ നിന്ന് വെരിലോഗ് ജനറേറ്റ് ചെയ്യുകയാണെങ്കിലും, `cocotb` ഉപയോഗിച്ച് നിങ്ങളുടെ വിഎച്ച്ഡിഎൽ പരീക്ഷിക്കുകയാണെങ്കിലും, അല്ലെങ്കിൽ ഒരൊറ്റ പൈത്തൺ ഫയലിൽ നിന്ന് നിങ്ങളുടെ മുഴുവൻ ടൂൾചെയിനും സ്ക്രിപ്റ്റ് ചെയ്യുകയാണെങ്കിലും, നിങ്ങൾ രണ്ട് ലോകങ്ങളിലെയും മികച്ചത് പ്രയോജനപ്പെടുത്തുകയാണ്. നിങ്ങൾ സോഫ്റ്റ്‌വെയറിന്റെ ഭൂഖണ്ഡവും ഹാർഡ്‌വെയറിന്റെ ഭൂഖണ്ഡവും തമ്മിൽ വിശാലവും ശക്തവുമായ ഒരു പാലം പണിയുകയാണ്, ആ പാലം കടന്നുപോകുന്ന കണ്ടുപിടുത്തങ്ങൾ ആരംഭിക്കുന്നതേയുള്ളൂ.

നിങ്ങൾ ഹാർഡ്‌വെയറിനെക്കുറിച്ച് കൗതുകമുള്ള ഒരു സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ഡെവലപ്പറോ അല്ലെങ്കിൽ മികച്ച വർക്ക്ഫ്ലോ തേടുന്ന ഒരു ഹാർഡ്‌വെയർ എഞ്ചിനീയറോ ആണെങ്കിൽ, പൈത്തൺ എഫ്പിജിഎ പ്രോഗ്രാമിംഗിന്റെ ലോകം പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യാൻ ഇതിലും മികച്ച ഒരു സമയമില്ല. ഒരു ഫ്രെയിംവർക്ക് തിരഞ്ഞെടുക്കുക, താങ്ങാനാവുന്ന ഒരു എഫ്പിജിഎ ബോർഡ് എടുക്കുക, ഭാവി കെട്ടിപ്പടുക്കാൻ ആരംഭിക്കുക.