Бакалаврский диплом

• Бакалаврский диплом
  • Ссылки
    • Controls.kt:
    • CIRCT
      • Arcilator
    • CHISEL
    • Kotlin/Native
    • Прочее
    • Название инструмента
    • Размышления
  • Задание...
    • 1. Основные вопросы, подлежащие разработке
      • 1.1. техническое задание:
      • 1.2. исходные данные к работе:
      • 1.3. содержание работы:
      • 1.4. цель:
      • 1.5. задачи работы:
      • 1.6. перечень подлежащих разработке вопросов:
      • 1.7. рекомендуемые материалы и пособия для выполнения работы и т.д.:
    • 2. Форма представления материалов ВКР
    • 3. Дата выдачи задания
    • 4. Срок представления готовой ВКР
    • 5. Дополнительно
  • Защита
    • Предзащита
    • Возможные вопросы

тема: «Реализация модуля моделирования аппаратуры для SCADA-систем»

Ссылки

Controls.kt:

Центр научного программирования МФТИ

• https://sciprog.center/projects/controls
  • docs: device spec
    • "Troisk nu-mass" experiment: https://www.inr.ru/~numass/
• https://git.sciprog.center/kscience/dataforge-core
• из telegram @SciProgCentre:
  • про создание внутреннего формата представления ~VCD: https://t.me/SciProgCentre/24449
  • про задачу моделирования аппаартуры: https://t.me/SciProgCentre/26576
  • про Chisel: https://t.me/SciProgCentre/26604
• пока ничего на youtrack issues

Альтернативы

Сравнение: COMPARISON_TABLE.md

AnyLogic

LabView

MathWorks: Mathlab & Simulink

• https://www.mathworks.com/company.html
• Mathlab
  • MATLAB for FPGA, ASIC, and SoC Development: https://www.mathworks.com/solutions/fpga-asic-soc-development.html
    • MATLAB for FPGA Prototyping: https://www.mathworks.com/solutions/fpga-asic-soc-development/prototyping.html
    • MATLAB for FPGA, ASIC, and SoC Production Design and Verification: https://www.mathworks.com/solutions/fpga-asic-soc-development/production-design-verification.html
    • Getting Started Using MATLAB and Simulink for FPGA, ASIC, and SoC Development: https://www.mathworks.com/solutions/fpga-asic-soc-development/resources.html
• Simulink

Amesim

ЦИТМ Экспонента

• Engee: https://start.engee.com/
  • хвалебные оды на хабре: https://habr.com/ru/companies/etmc_exponenta/articles/854554/

CIRCT

CIRCT — Circuit IR Compilers and Tools

• https://circt.llvm.org/
  • Description: https://circt.llvm.org/docs/Charter/
• https://github.com/llvm/circt
  • Releases firtool: https://github.com/llvm/circt/releases — collection of llvm, mlir, circt tools
• https://godbolt.org/noscript/circt
• Using CIRCT for FPGA Physical Design: https://capra.cs.cornell.edu/latte22/paper/10.pdf

Основан на MLIR и предлагает свои диалекты для описания различной логики аппаратуты: https://circt.llvm.org/docs/Dialects/

• hw: https://circt.llvm.org/docs/Dialects/HW/
  • Dialect Rationale: https://circt.llvm.org/docs/Dialects/HW/RationaleHW/
  • low documentation, so should see sources: https://github.com/llvm/circt/blob/main/lib/Dialect/HW/HWTypes.cpp
• arc: https://circt.llvm.org/docs/Dialects/Arc/
  • arc.sim — используется при симулировании работы прямо в MLIR (@entry для запуска в arcilator ¶)
• sv: https://circt.llvm.org/docs/Dialects/SV/
  • Dialect Rationale: https://circt.llvm.org/docs/Dialects/SV/RationaleSV/
• ...

Arcilator

Arcilator — симулятор моделей на диалектах CIRCT (MLIR) (компилятор в llvm и/или исполнение этого кода)

video 2023 LLVM Dev Mtg - Arcilator: Fast and cycle-accurate hardware simulation in CIRCT

• slides

video 2024 EuroLLVM - Arcilator for ages five and up: flexible self-contained hardware simulation made..

• slides
  • диалект немного устарел и теперь другой — в проекте ИПКН ¶

slides: Circuit IR for Compilers and Tools, Creating hardware for ML

issues

• [Arc] Introduce a Python simulation script generator for arcilator #7942

Тесты

• https://github.com/circt/arc-tests — тесты для различных проектов, например, rocket rv-chip исполняющий код из elf-файла
  • https://github.com/circt/arc-tests/blob/main/rocket/rocket-model-arc.cpp
    • uses https://github.com/llvm/circt/blob/main/tools/arcilator/arcilator-header-cpp.py
    • and https://github.com/llvm/circt/blob/main/tools/arcilator/arcilator-runtime.h

ИПКН DevTools проект

• https://github.com/YAGRIT/risc-v/blob/dev/testbenches/regfile.mlir

• ИСП РАН: https://gitlab.ispras.ru/mvg/mvg-oss/circt

CHISEL

CHISEL —

Зависимость на

• Firtool для генерации Verilog

• Verilator для симуляции Verilog

• https://www.chisel-lang.org/docs

• https://www.imm.dtu.dk/~masca/chisel-book.pdf

• Обзор Chisel для генерации сложных цифровых схем и сравнение с System Verilog:

  • https://youtu.be/d_vlVsoJ8vI

FIRRTL — Промежуточное представление для Chisel, теперь диалект CIRCT

• https://github.com/chipsalliance/firrtl
  • https://github.com/chipsalliance/firrtl-spec/blob/main/spec.md
• https://circt.llvm.org/docs/Dialects/FIRRTL/

Kotlin/Native

Project Panama — https://openjdk.org/projects/panama/

• FFM API — Foreign Function & Memory API
  • Настя Лисицкая — FFM API — ничего общего с радио — https://youtu.be/HiF7EjAtdZM
  • Linker API: https://github.com/openjdk/panama-foreign/blob/foreign-memaccess%2Babi/doc/panama_ffi.md

    • Performance-wise, the reader might ask how efficient calling a foreign function using a native method handle is; the answer is very. The JVM comes with some special support for native method handles, so that, if a give method handle is invoked many times (e.g, inside a hot loop), the JIT compiler might decide to generate a snippet of assembly code required to call the native function, and execute that directly. In most cases, invoking native function this way is as efficient as doing so through JNI.

• jextract —
  • samples: https://github.com/openjdk/jextract/tree/master/samples

JNI

Different samples of native interop

• https://github.com/whyoleg/kotlin-interop-playground/tree/main/c-interop

Knee -- seamlessly interop

• https://opensource.deepmedia.io/knee
• Только андроид?

Прочее

ПИШ ИТМО: https://pish.itmo.ru/

ВИТШ ИТМО: https://itmo.ru/ru/viewfaculty/115/

Сообщество FPGA Systems: https://t.me/fpgasystems

Venus rv32i — Kotlin RISC-V emulator:

• https://github.com/kvakil/venus БЭВМ на Java
• https://github.com/tune-it/bcomp

MiL/SiL/PiL/HiL

• https://youtu.be/EZthOn4_0rw
• https://www.mathworks.com/matlabcentral/answers/440277-what-are-mil-sil-pil-and-hil-and-how-do-they-integrate-with-the-model-based-design-approach#answer_356873

Quokka:

• https://www.youtube.com/live/_MrGRMY-6jE
• https://github.com/EvgenyMuryshkin/qusoc

Verik:

• https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/145151
  • https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/145151/Wang-frwang-meng-eecs-2022-thesis.pdf
  • https://github.com/frwang96/verik
    • https://codetabs.com/count-loc/count-loc-online.html

FPGA Twitch 03 - Введение в высокоуровневый синтез - High Level Synthesis (часть 1 из 2):

• https://youtu.be/a2SQQNgB4iQ

ИРИС – инструментарий разработки интегральных схем в среде С++:

• https://engineer.yadro.com/wp-content/uploads/2024/06/gasanov-slides.pdf

Название инструмента

• Kotlin
• IR
• *iL = * in the Loop
• HardWare
• CIRCT = Circuit IR Compilers & Tools
• Controls.kt ~ ctl, ctrl

Размышления

Хочется иметь возможность симулировать систему прямо в Kotlin, вместе с остальной системой, но главная задача это сделать транслятор в промежуточное представление. Отсяда вопрос: на каком уровне должно быть это *представление? Ведь у нас может быть "низкоуровневое" типа CIRCT или какое-то повыше в виде схемы данных в Kotlin через композицию Data-классов, к примеру.

При условии того, что компилятор свой разрабатывать выглядит очень расточительным, можно ограничиться функциональным DSL, который в результате запуска будет давать IR или напрямую симулировать аппаратуру, т.к. обычно это какой-то Top-модуль, в который интегрируются все другие функциональные компоненты. Что-то вроде Gradle получится. Остается еще учесть специфику Controls.kt и его архитектурные подходы через делегирование пропертей и, видимо, непрерывное время нетипичное для моделей аппаратуры.

Наверное было бы хорошо иметь возможность переключать режимы работы модуля: трансляция в IR и симуляция поведения.

Еще как альтернативный вариант это всегда получать промежуточное предтавление и потом через сторонник инструменты взаимодействовать с ними, условно, скомпилировать в CIRCT и запустить модель через arcilator, к которому подключается модель из Kotlin через Native.

• Либо пойти дальше и написать модуль выполняющий симуляцию по данному IR, что пока выглядит нецелесообразно из-за сложности такого предприятия и непригодности JVM для таких симуляций; по сути придется сделать декомпилятор из IR в Kotlin (?).

Задание...

1. Основные вопросы, подлежащие разработке

Информация для заполнения блока задания:

1.1. техническое задание:

Реализовать программный модуль для моделирования аппаратуры совместимый с фреймворком Controls.kt.

1.2. исходные данные к работе:

1. Репозиторий исходных кодов и документация проекта Controls.kt.
2. Документация к проектам CIRCT, Chisel, Verik.

1.3. содержание работы:

Выпускная квалификационная работа предполагает реализацию программного модуля предоставляющего возможности по моделированию аппаратуры совместимого с фреймворком для создания и моделирования SCADA-систем Controls.kt.

1.4. цель:

Предоставление возможности моделирования и тестирования системы на уровне цифровых схем.

1.5. задачи работы:

1. Изучение и анализ архитектуры фреймворка Controls.kt.
2. Исследование имеющихся решений для моделирования аппаратуры.
3. Проектирование архитектуры программного модуля.
4. Разработка программного модуля.
5. Тестирование разработанного модуля и проверка совместимости с системой Controls.kt.
6. Документирование разработанных компонентов.

1.6. перечень подлежащих разработке вопросов:

1. Архитектур SCADA-систем и систем моделирования.
2. Языки описания аппаратуры.
3. Проект CIRCT.
4. ...

1.7. рекомендуемые материалы и пособия для выполнения работы и т.д.:

2. Форма представления материалов ВКР

Информация для заполнения блока задания:

1. форма представления основных или дополнительных результаты ВКР:
2. форма представления Приложений (например: программный код, чертежи, презентация, и пр.):

Отчет. Пояснительная записка, программный код, презентация.

3. Дата выдачи задания

14 октября 2024 год.

4. Срок представления готовой ВКР

Рекомендации: Срок сдачи готовой работы не позднее даты начала ГИА (по графику учебного процесса).  Срок загрузки итоговой версии ВКР для проверки в системе «Антиплагиат» - не позднее чем за 10 дней до даты защиты ВКР (см.Положении о ВКР)

25 мая 2025 год.

5. Дополнительно

Можете конкретизировать график представления материалов ВКР или указать любую другую информацию по этапам работы на ВКР.

Защита

Предзащита

google presentation (comments)

Тема ВКР: Реализация модуля моделирования аппаратуры для SCADA-систем

Контекст:

Controls.kt — фреймворк для создания легковесных SCADA-систем на языке программирования Kotlin, основан на DataForge-control.

Инструмент развивается Центром научного программирования МФТИ.

• "Declarative analysis in "Troitsk nu-mass" experiment"
• "A Novel Solution for Controlling Hardware Components of Accelerators and Beamlines"
• "Controls-kt, a Next Generation Control System"

Актуальность темы:

• Активно развивающийся фреймворк Фокус фреймворка сместился в сторону встраивания аналитики и моделирования с целью тестирования подобно подходам MiL/SiL/PiL/HiL.

• Современные технологии Фреймворк облегчает процесс создания SCADA-систем.

  • Современные инструменты расширяют сферу применимости технологий.
  • Единый язык для описания всех компонентов системы.

• Circuit IR Compilers and Tools

  • Инфраструктура для создания промежуточного представления цифровых схем на базе MLIR (проект LLVM). → Симуляция работы и синтез специализированных приборов.

• Controls.kt (former DataForge-control):

Если интересен пример - сейчас я работаю над моделью анализатора крови [URIT-5360/5380/5381 5-Part-Diff Auto Hematology Analyzer]. Это достаточно сложное устройство из многих составных частей, со своими особенностями.

Цель и задачи ВКР:

Цель:

Предоставление возможности моделирования и тестирования системы на уровне цифровых схем.

Задачи:

1. Изучение и анализ архитектуры фреймворка Controls.kt.
2. Исследование имеющихся решений для моделирования аппаратуры.
3. Проектирование архитектуры программного модуля.
4. Разработка программного модуля.
5. Тестирование разработанного модуля и проверка совместимости с системой Controls.kt.
6. Документирование разработанных компонентов.

План работы:

1. Анализ существующих решений для моделирования аппаратуры.
2. изучение архитектуры фреймворка.
3. Анализ требований к программному модулю.
4. Проектирование
5. Разработка архитектуры программного модуля.
6. Определение интерфейсов взаимодействия с Controls.kt.
7. Документирование архитектурных решений.
8. Разработка программного модуля.
9. Тестирование этого модуля.
10. Разработка функциональных тестов.
11. Интеграционное тестирование с Controls.kt
12. Анализ и устранение выявленных дефектов.
13. Документирование разработанных компонентов.

Возможные вопросы

1. А какие еще есть технологии для разработки SCADA-систем? Зачем Controls.kt?