FPGAでmrubyを動かす

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• 1. Kansai.mrb 2014 Dec FPGAでmrubyを動かす @kimu_shu (きむしゅ)
• 2. 自己紹介 twitter: @kimu_shu (きむしゅ/木村 修太)  趣味でマイコンとか使って電子工作する人。 ここ数年はFPGAをいじってます。  仕事は組み込み機器のOS、ドライバ、BIOSなど。  Ruby好き。マイコン工作に応用できるmruby楽しい！  “Word boxing”をmruby本家に入れた人 1
• 3. FPGAにソフトコアCPU(Nios II)を載せ、mrubyを動かす例。 ボードには terasic DE0 を利用。USBキーボードを接続し、 直接Rubyスクリプトを入力して即実行可能。 Ogaki Mini Maker Faireやコミケで展示してきました。 作ったもの紹介 mirb実行中 • Altera CycloneIII (EP3C16F484) • SDRAM 8MB • SD-Card • USB Keyboard etc. 2
• 4. ねらい • 単にNiosII上で動かすだけなら、コンパイラをnios2-elf- gccにしてmrubyをクロスコンパイルするだけですが(※)、 それだけでは面白くない。 • FPGAでしかできない工夫をしよう。  RiteVMを丸ごとハード実装するのは大変なのでパス。ソフトコア CPUを載せる。  あたりまえのように大容量DRAMがついているので、 メモリ削減はあまり考えない。  ハードウェア化することで、高速化・DRAMアクセス量削減がで きないか？ 3 ※コンパイラを変えてビルドするだけで動くのも、素晴らしいことではあります。NiosII万歳！
• 5. どんな仕組み？(1/2) mrubyを実行するソフトコアCPU(NiosII)の命令バスに、 「Rite to Nios II Converter」なる独自のロジックを接続。 4 Data Bus (Avalon-MM) M S Cn M Instruction Bus (Avalon-MM) SM Rite to Nios II Converter Nios II Embedded Processor Instruction DataRite Nios II SDRAM Controller 64Mbit SDRAM M Cn LCD Controller Graphic LCD S Cn SD Card SPI Master S Boot ROM S Cn USB Keyboard USB Host
• 6. どんな仕組み？(2/2) irepの実行(mrb_context_runのRite命令解釈+実行)を、 Rite命令からNiosIIの命令にハードウェアで変換させて実現。 5 Data Bus (Avalon-MM) M S Cn M Instruction Bus (Avalon-MM) SM Rite to Nios II Converter Nios II Embedded Processor Instruction DataRite Nios II SDRAM Controller 64Mbit SDRAM M Cn LCD Controller Graphic LCD S Cn SD Card SPI Master S Boot ROM S Cn USB Keyboard USB Host 例) Rite命令 OP_LOADI A,sBx を入力 例) Nios II命令 movi r2,(sBx-1) slli r2, r2, 1 addi r2, r2, 3 stw r2, A*4(rSTK) を出力
• 7. 結果  遅くなりましたorz  mrbtestの実行時間比較 (後日掲載…)  敗因は？  GiveUp時のオーバーヘッドが大きい？ (Rite✕1命令をNiosII✕4命令に変換できない場合)  GiveUpせずに処理できる命令の割合が少ない。  そもそもmrb_context_runの占有時間はトップではな い。kh_get_n2s(主にメソッドの検索)がトップ。 6
• 8. 今後の予定 PERIDOTプロジェクトへの統合に取り組み中。 7 “PERIDOT(ペリドット)プロジェクトとは、シンプル＆コンパクトをコ ンセプトに開発中の新しいFPGAボードと、その統合開発環境です。 こ のFPGAボードはArduinoフォームファクタで、Arduino向けに作られた シールドと互換製があります。” ─ https://peridotcraft.com/ Chrome AppCloud デザインの 共有とコンパイル RBF Writer (FPGAデザインの書き込み) mruby sketch (mrbc+転送)