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![サポート機能
boolean
Integer / [float] / tuple / list / dict
function / module / class
generator / decorator
thread （ green-thread ）
対話型コンソール](https://image.slidesharecdn.com/pythonphysicalcomputing-110129101538-phpapp02/85/Python-physicalcomputing-18-320.jpg)
![実際のコード
Python コード
from myhdl import *
LED_NUM = 24
def driver(clock, sin, latch, led):
shift_latch = Signal(intbv(0)[LED_NUM*3:])
output_latch = Signal(intbv(0)[LED_NUM*3:])
@always_comb
def combination():
led.next = output_latch
@always(clock.posedge)
def main_proc():
shift_latch.next = concat(shift_latch[LED_NUM*3-1:0], sin)
@always(latch.posedge)
def latch_proc():
output_latch.next = shift_latch
return instances()](https://image.slidesharecdn.com/pythonphysicalcomputing-110129101538-phpapp02/85/Python-physicalcomputing-46-320.jpg)
![実際のコード
トランスレート後 verilog コード
`timescale 1ns/10ps
module driver (clock, sin, latch, led);
input clock; input sin; input latch;
output [71:0] led; wire [71:0] led;
reg [71:0] shift_latch; reg [71:0] output_latch;
assign led = output_latch;
always @(posedge latch) begin: DRIVER_LATCH_PROC
output_latch <= shift_latch;
end
always @(posedge clock) begin: DRIVER_MAIN_PROC
shift_latch <= {shift_latch[((24 * 3) - 1)-1:0], sin};
end
endmodule](https://image.slidesharecdn.com/pythonphysicalcomputing-110129101538-phpapp02/85/Python-physicalcomputing-47-320.jpg)
![サポート機能
boolean
Integer / [float] / tuple / list / dict
function / module / class
generator / decorator
thread （ green-thread ）
対話型コンソール](https://image.slidesharecdn.com/pythonphysicalcomputing-110129101538-phpapp02/75/Python-physicalcomputing-18-2048.jpg)
![実際のコード
Python コード
from myhdl import *
LED_NUM = 24
def driver(clock, sin, latch, led):
shift_latch = Signal(intbv(0)[LED_NUM*3:])
output_latch = Signal(intbv(0)[LED_NUM*3:])
@always_comb
def combination():
led.next = output_latch
@always(clock.posedge)
def main_proc():
shift_latch.next = concat(shift_latch[LED_NUM*3-1:0], sin)
@always(latch.posedge)
def latch_proc():
output_latch.next = shift_latch
return instances()](https://image.slidesharecdn.com/pythonphysicalcomputing-110129101538-phpapp02/75/Python-physicalcomputing-46-2048.jpg)
![実際のコード
トランスレート後 verilog コード
`timescale 1ns/10ps
module driver (clock, sin, latch, led);
input clock; input sin; input latch;
output [71:0] led; wire [71:0] led;
reg [71:0] shift_latch; reg [71:0] output_latch;
assign led = output_latch;
always @(posedge latch) begin: DRIVER_LATCH_PROC
output_latch <= shift_latch;
end
always @(posedge clock) begin: DRIVER_MAIN_PROC
shift_latch <= {shift_latch[((24 * 3) - 1)-1:0], sin};
end
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![[DL Hacks]FPGA入門](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/dlhacksfpgabeginner-180627050145-thumbnail.jpg?width=600ounds&width=560&fit=bounds)
Python physicalcomputing
- 1.
- 2. 自己紹介！ Twitter @nobonobo メカトロソフト屋 PythonMatrixJp 運営の Pythonista ” あ”のつく会社の大阪オフィスで働いている。 最近ホームページが出来ました！ http://osaka.accense.com/
- 3. Python を始めたきっかけ ８年前ロボットミドルウェア開発に携わった。 CORBA が使えるスクリプトが必要だった。 チャートからロボット動作の台本を作るツール。 → 近未来家庭のセットでロボットのお芝居を
- 4. そのときの成果物は・・・ いろいろ発展して使われているみたいです。
- 5.
- 6. なぜ今ハードなのか？ 最近ハードとソフトの融合が熱い！ 光ったり動いたり音出たりって単純に楽しい！ 新しいコミュニケーションの形が生まれるかも？
- 7. マルチタッチの躍進 直感的な意志を機器に伝えられることができるよう になった！ GPS やコンパス、 加速度計を組合せて セカイカメラ TriSat
- 8. Kinnect の可能性 すでに多くの応用ハックが！ 人の人数、顔や骨の姿勢まで推定できる！ 応用範囲が広すぎる！
- 9. いまこそハード＆ソフトだ！ どちらか一方では成熟してきていて、 なかなか地味な変化しか生まれない。 新しいなにかを求めるならハードとソフトの融合を。 ソフト屋さんはハードを学ぼう！ ハード屋さんはソフトを学ぼう！
- 10. Python でハードに絡む やり方は以下の３通り a)ハード自体は専用言語で開発。 PC とハードをつ ないで、 PC 上の Python から制御！ b)マイコン上で Python を動かす！ c)Python 記述をからハードそのものを作る！
- 11. PC にハードをつなぐ 例えば・・・
- 12. Python モジュールの充実ぶりは異常 PySerial PyParallel PyVISA （ GPIB ） PyUSB PyBluez （ Bluetooth ） python-wifi （ WiFi ） pypcap （ Ether ） etc...
- 13. ぜひやってみてください 楽しいですよ〜
- 14. b) 案について 専用言語で開発したくない！ マイコンソフト開発に Python 使えないの？ Python で書きたいでござる！ Python のノウハウを生かしたいでござる！
- 15. そこで python-on-a-chip ですよ 特徴 Python バイトコードが走る VM マイコン向けに省メモリデザイン ガベージコレクタ搭載 ROM64KB 、 RAM8KB あれば十分 すでに十数種のマイコンで動作実績あり PyCon2009 の PyMite-LT で作者登壇 GPLv2
- 16. 従来のマイコン開発 組み込みの世界はプロプライエタリツールだらけ コンパイル、リンク、バイナリ作成、ダウンロード 手順が複雑で初心者泣かせ。 マイコンごとに機能の違いや記述スタイルに差 アプリのダイナミックロードは基本できない 常にリビルド＆バイナリ作成＆ダウンロードの手間
- 17. 今回のやり方だとなにがいいの？ Python でアプリを組める！ バイトコードだけ入れ替えてアプリを更新できる メモリ管理しなくていい エラー処理がある VM ならではの機能が使える
- 18. サポート機能 boolean Integer / [float] / tuple / list / dict function / module / class generator / decorator thread （ green-thread ） 対話型コンソール
- 19. 残念ながらまだない Python コードコンパイラ 足回りのモジュール 初心者向けの環境
- 20. Python-on-a-chip の勘所 実装コードの書き方 バイトコード生成 ユーザコードの配置戦略 VM ポーティングのポイント 実際のアプリコード紹介
- 21. 実装コードの書き方 書き方は３種類 C 記述で機能実装 Pure-python で機能実装 Python 記述内に埋め込み C 記述
- 22. バイトコードの生成 pyImgCreator.py というユーティリティを使う ByteCode Python 記述 Python 記述 Python 記述 ｐｙ ImgCreator C ソース （埋め込まれた C コードがあれば） もし C ソースが生成されたら必ず VM と一緒にリン クする必要がある。
- 23. ユーザーコードの配置 ユーザコードをどの段階で VM に渡すか？ ユーザコードから ByteCode C ランタイム 生成した C ソース ユーザの C ソース VM の C ソース ビルド＆リンク バイナリ マイコン Flash ライター
- 24. VM ポーティングのポイント ６つのハンドラを実装するだけ plat_init() 初期化や準備 plat_memGetByte() バイトコード取得 plat_getByte() plat_putByte() plat_getMsTicks() 起動後経過時間取得 plat_reportError() エラーハンドラ
- 25. 実際のアプリコード メモリの読み書き API def mem_read(addr): def mem_write(addr, value): """__NATIVE__ """__NATIVE__ pPmObj_t offset; pPmObj_t offset; PmReturn_t retval = PM_RET_OK; pPmObj_t value; pPmObj_t result; PmReturn_t retval = PM_RET_OK; unsigned long *ptr; unsigned long *ptr; if (NATIVE_GET_NUM_ARGS() != 1) { if (NATIVE_GET_NUM_ARGS() != 2){ PM_RAISE(retval, PM_RET_EX_TYPE); PM_RAISE(retval, PM_RET_EX_TYPE); return retval;} return retval;} offset = NATIVE_GET_LOCAL(0); offset = NATIVE_GET_LOCAL(0); if (OBJ_GET_TYPE(offset) != OBJ_TYPE_INT) { if (OBJ_GET_TYPE(offset) != OBJ_TYPE_INT) { PM_RAISE(retval, PM_RET_EX_TYPE); PM_RAISE(retval, PM_RET_EX_TYPE); return retval;} return retval;} ptr = (unsigned long *)(((pPmInt_t)offset)->val); value = NATIVE_GET_LOCAL(1); retval = int_new(*ptr, &result); if (OBJ_GET_TYPE(value) != OBJ_TYPE_INT) { NATIVE_SET_TOS(result); PM_RAISE(retval, PM_RET_EX_TYPE); return retval; return retval;} """ ptr = (unsigned long *)(((pPmInt_t)offset)->val); pass *ptr = ((pPmInt_t)value)->val; return retval; """ pass
- 26. 実際のアプリコード ColorLED クラス class ColorLed(object): def __init__(self): レジスタ初期設定 def set(self, r,g,b): R,G,B 出力設定
- 27. PWM による電力制御 パルス幅で電力出力を可変させる手法。 最近のマイコンはたいがいこの機能を持っている。
- 28. のこぎり波ジェネレータ Python の記述でそのまんま def gen(start): phase = start while 1: phase += 1 phase &= 511 val = abs(phase-256) if val<0: val = 0 if val>255: val = 255 yield val
- 29. 動作デモ R と G と B でノコギリ波の初期値を 1/3 づつずらし てジェネレータを初期化。 あとは延々と RGB を出力してる。 def main(): cled = ColorLed() r = gen(0) g = gen(512/3) b = gen(512*2/3) while 1: cled.set(r.next(),g.next(),b.next()) sys.wait(1)
- 30. できたらいいなぁ バイトコード生成が Python で出来ちゃうので。 AppEngine 上に開発環境構築できないか？ あとは足回りをしっかり揃えることで面白くなる。
- 31. python-on-a-chip まとめ 組み込みノウハウに詳しい人とそうでない人が分 業するのに使える。 苦労する部分を解決してしまえば、マイコン応用ア プリがガンガン量産できる。 OS に頼らなくてもマルチタスクが実現できる。
- 32.
- 33. 余談１：最近のハードウェア事情 ● プログラマブルなハードデバイス ● さらっと紹介
- 34. FPGA/PLD ● コンフィグメモリを持ち ● その内容により動作ロジックをカスタマイズ可能 ● ソフトの柔軟性を兼ね備えたハード
- 35. ASIC ● 一般に売られる「役割の決まった半導体」の製法 ● 消費電力が少ない ● 作ってもらうのに大金と期間が必要 ● FPGA で試作して ASIC で量産という流れが多い
- 36. 研究・試作分野での FPGA ● 初期費用が少なくて済む ● 画像処理やリアルタイム処理など ● １０ GbE や１００ GbE のファイヤーウォール ● ナノ秒オーダーでのスケジューリングが動く
- 37. 方式の比較 変更の容易さ 消費電力 ソフトウェア （ DSP など） ◎ 高い FPGA/PLD ○ 程々 ASIC × 低い
- 38. リアルの課題 ● 現実の状況をより正確に把握するのは難しい！ ● 人、車の動きを捉えること。 ● それもより現実的なスピードで！ ● （人が通り過ぎたあとで人が通った事を知れても 役に立たない）
- 39. c) 案について もっとハードならではという事が色々できないの？ リアルタイムに大量のデータを処理するとかできん の？ ハードは並列処理が得意なんだからそれを生かせ ないの？
- 40. そこで MyHDL ですよ！ 特徴 Python2HDL トランスレータ ジェネレータを使った並列ロジック設計及びシミュレー ション 波形データの出力機能 他のオープンソースシミュレータとの連携 活発な開発 昨年末に０．７リリース LGPL
- 41. 要するに Python で FPGA/PLD の開発ができるよ！ 予算があれば ASIC も！ というプロジェクトです。
- 42. MyHDL による FPGA開発手順 Python コードによる機能モデル作成 動確用シミュレーションモデル作成 シミュレーション結果の検証 HDL へのトランスレート 論理合成
- 43. 余談２：ハード屋の常識 ● モックモデルの重視 ● ユニットテストの重視 ● DbC （ DesignByContract ）的な考えを重視 ● つまり、実装コードよりもテストコードやモックコー ドや制約ルールの方をたくさん書く事になる
- 44. ソフト業界で重視の間違いじゃね？ ● 手戻りが許されにくい風潮もあってハード屋さんの 方が先にすんなり受け入れられた。 ● ソフト屋さんは手直しすればよかったこともあって 導入が遅れたのかも？
- 45. MyHDL の基本デコレータ @always_comb 常に従う振る舞いを記述するのに使う HDL に変換可能 @always 特定タイミングの振る舞いを記述するのに使う HDL に変換可能 @instance シミュレーション用シナリオを記述するのに使う HDL には変換できない
- 46. 実際のコード Python コード from myhdl import * LED_NUM = 24 def driver(clock, sin, latch, led): shift_latch = Signal(intbv(0)[LED_NUM*3:]) output_latch = Signal(intbv(0)[LED_NUM*3:]) @always_comb def combination(): led.next = output_latch @always(clock.posedge) def main_proc(): shift_latch.next = concat(shift_latch[LED_NUM*3-1:0], sin) @always(latch.posedge) def latch_proc(): output_latch.next = shift_latch return instances()
- 47. 実際のコード トランスレート後 verilog コード `timescale 1ns/10ps module driver (clock, sin, latch, led); input clock; input sin; input latch; output [71:0] led; wire [71:0] led; reg [71:0] shift_latch; reg [71:0] output_latch; assign led = output_latch; always @(posedge latch) begin: DRIVER_LATCH_PROC output_latch <= shift_latch; end always @(posedge clock) begin: DRIVER_MAIN_PROC shift_latch <= {shift_latch[((24 * 3) - 1)-1:0], sin}; end endmodule
- 48. 実際のコード シミュレーション記述 from myhdl import * Import logic1 def test_logic1(): clock = Signal(bool(False)) a = Signal(bool(False)) b = Signal(bool(False)) y = Signal(bool(False)) log1 = logic1.Logic1(clock, a, b, y) @always(delay(50)) def clock_gen(): clock.next = not clock @instance def sequence1(): a.next = 1 b.next = 0 yeild clock.posedge return instances()
- 49. テストの実行 テストを実行する Python コード tb_fsm= traceSignals(test_logic1) sim = Simulation(tb_fsm) sim.run() これで、ｖｃｄファイルという波形ログが保存される。
- 50.
- 51. 最後はベンダーツールで HDL （ verilog や VHDL ）にトランスレートしたら、 フィッティング ポストフィットシミュレーション ビットストリーム生成 コンフィギュレーションメモリの更新 という流れは FPGA ベンダツールで
- 52. 実演 ドラム型 LED ディスプレイの動画紹介
- 53. 参考情報 http://python.matrix.jp/modules/myhdl.html http://opencores.org/ HDL のオープンソースサイ ト rpexzeros Python プロセッサを作ろうとしていた。 （無茶しやがって・・・。） myhdl-doc-jp ドキュメント翻訳プロジェクト
- 54. MyHDL まとめ opencores にも MyHDL を使ったプロジェクトがち らほら MyHDL はベンダーロックインすることなくモデルを みんなで共有できる。 シビアなスケジュールでの動きを Python の記述で 実現できる。（ナノ秒単位）
- 55.
- 56. まとめ全体 Python はハード屋の仕事に使えるモジュールがそ ろっている。 ハードとソフトの融合から新しい世界が開ける。 ソフト屋のみなさんハードにチャレンジしよう！
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