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M-实验室

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M-Labs(前称是米尔克米斯特项目Milkymist project)是一家集开发、制造和销售于一体的高级开放式硬件设备和解决方案公司和社区。最著名的是米尔克米斯特片上系统(SoC),它是第一个使用免费HDL原码设计的商业化片上系统。[1]

实验室技术已经在不同的应用中得到重用。例如,美国国家航空航天局(NASA)的通信导航和网络可重构试验台(CoNNeCT)实验使用的内存控制器,最初就是为米尔克米斯特一号开发的[2][3]并根据GNU通用公共许可证(GPL)条款发布。

该项目在一些开源和黑客会议上提出,如混沌通信大会(CCC),[4] 自由数字媒体峰会(FOSDEM),[5]自由软件会议(LSM),[6]2011年自由图形会议(LGM)。[7][8] 它也出现在制作(Make)杂志的博客上[9] 并且米尔克米斯特一号的版块也包含在他们的“终极开源硬件礼物指南2010”中。[10]

1 Milkymist SoC编辑

米尔克米斯特片上系统使用LatticeMico32 (LM32)内核作为通用处理器。它是一个精简指令集计算机(RISC)32位大字节中央处理器(GPU),并带有内存管理单元(MMU),后来由M-实验室的贡献者开发。它由GCC编译器支持,可以运行RTEMS和μClinux。还有一个针对该微处理器的实验后端(LLVM)。

LM32微处理器由纹理映射单元和可编程浮点超长指令字VLIW协处理器辅助,该处理器用于闪烁噪声( Flickernoise )视频合成软件中。LM32还被各种外围内核包围着,以支持米尔克米斯特一号的每个输入/输出设备。片上系统互连使用三条桥接总线,并将两个用于配置寄存器的Wishbone协议与带有SDRAM的高性能DMA协议混合使用。[11] 米尔克米斯特片上系统的体系架构在项目创始人的硕士论文报告中有大量记载。除了LatticeMico32内核,片上系统的大部分组件都是并置于GNU图形处理语言许可之下定制开发的。

QEMU模拟器可被用于在另一台计算机上运行和调试Milkymist SoC二进制文件[11]

2 米尔克米斯特一号和闪烁噪声编辑

Milkymist One
制造商 Qi Hardware
类型 Video synthesizer
发布日期 2010年12月27日 (早期开发工具包), 2011年9月28日 (最终版本)
单价 380 EUR (早期开发工具包), 499 USD (最终版本)
作业系统 RTEMS, Linux
电源 5 W
中央处理器 LatticeMico32 in a Xilinx Spartan-6 FPGA
内存(RAM) 128 MB DDR SDRAM
硬盘储存空间 32 MB内置NOR闪存,存储卡
显示 SVGA 高达 140 MHz 像素时钟(1280x1024)
输入 USB 键盘和鼠标
相机 外部(CVBS 数字转换器)
连接接口 DMX512, MIDI, OpenSoundControl, AC97 audio, Ethernet, RC-5 infrared, USB, GPIO
尺寸 172 × 145 × 45 mm
重量 465 g

米尔克米斯特一号视频合成器和可重构计算机是该项目发布的主要产品。它是由Qi 硬件制造的,而Qi是一家由前Openmoko员工创办的初创企业。[12] 它于2010年首次在混沌通信大会上出售,[13] 作为感兴趣的黑客、开源活动家和先锋的“早期开发工具包”,他们可以容忍剩余的软件和可编程门阵列设计缺陷。后来,一个包括机箱和附件的更精致的版本被出售。

米尔克米斯特一号的技术规格[14] 如下所示:

  • 多标准视频输入(PAL/SECAM/NTSC)
  • 两个DMX512 (RS485)端口
  • MIDI输入和MIDI输出端口
  • SVGA输出,24 bpp,最高140 MHz/像素时钟(约1280×1024)
  • AC97音频
  • Xilinx XC6SLX45 Spartan-6 FPGA支持开源米尔克米斯特SoC
  • 128兆32位同步动态数据寄存器DDR333
  • 32 MB并行闪存
  • 10/100以太网
  • 存储卡
  • 两个通用串行总线主机连接器(USB)
  • RC-5兼容式红外接收器
  • RS-232调试端口

印刷电路板的设计文件和该案例的计算机辅助设计(CAD)文件均在知识共享署名-相同共享许可下发布的。

闪烁噪声(Flickernoise) 是运行在米尔克米斯特一号上的视频合成软件。它深受MilkDrop的启发,使用一种类似的脚本语言来定义和编程视觉效果。然而,虽然MilkDrop被设计为在音乐播放器中自动运行,但是Flickernoise关注的依然是在现场表演使用的视觉效果的交互性。该软件支持对视觉效果进行编程,这些视觉效果可以转换来自米尔克米斯特一号的摄像机的实时视频流,以及来自    OpenSoundControl、DMX512和MIDI控制器的输入。

Flickernoise运行在RTEMS实时操作系统上,并使用许多移植到该操作系统的POSIX软件库,如libpng、libjpeg、jbig2dec、OpenJPEG、FreeType、MuPDF和liblo,以获得OpenSoundControl支持。精简的硬件平台以及实时操作系统的使用使得系统的响应时间比同等的基于PC机的设置要短。用户界面就是基于Genode FX工具包[15]的变体。

闪烁噪声(Flickernoise )也是免费软件,根据GNU通用公共许可证的条款发布。

3 ARTIQ(量子物理高级实时基础设施)编辑

2014年5月,M-实验室与NIST结成伙伴关系,为量子信息实验开发下一代开源控制系统。[16] [17] 该系统被称为ARTIQ(量子物理高级实时基础设施),是软件和网关软件的结合,能够同步控制许多具有纳秒级时序分辨率和亚微秒级延迟的设备,同时保留高级编程语言的特性。

米尔克米斯特SoC的一些想法和代码已经在ARTIQ中被重用。

2016年,M-Labs与ARL和ISE合作开发ARTIQ Sinara,这是一个开源硬件和软件定义的无线电平台。[18]

参考文献

  • [1]

    ^"The Register: Open-source hardware group puts out vid system-on-a-chip". Retrieved 2013-05-02..

  • [2]

    ^"JPL acknowledgement letter". Retrieved 2014-02-13..

  • [3]

    ^"Tech the Future: Open source hardware". Retrieved 2013-05-02..

  • [4]

    ^"26C3 schedule". Retrieved 2011-04-22..

  • [5]

    ^"Milkymist : Pushing further the limits of electronics openness". Archived from the original on 2011-07-12. Retrieved 2011-04-22..

  • [6]

    ^"Milkymist : a free System-on-Chip for real-time video". Retrieved 2011-04-22..

  • [7]

    ^"Milkymist One video synthesizer shown at 6th Libre Graphics Meeting in Montreal". Retrieved 2011-05-14..

  • [8]

    ^"Milkymist One Shown at Libre Graphics Meeting". Archived from the original on 2011-05-19. Retrieved 2011-05-14..

  • [9]

    ^"Make: Online: Milkymist :: Interactive VJ Station". Retrieved 2011-04-22..

  • [10]

    ^"Make: Online: The Ultimate Open Source Hardware Gift Guide 2010". Retrieved 2011-04-22..

  • [11]

    ^Bourdeauducq, Sebastien (June 2010). "A performance-driven SoC architecture for video synthesis". KTH. Retrieved 2011-04-22..

  • [12]

    ^"OpenMoko Layoffs Lead to New Open Hardware Venture". Retrieved 2011-04-22..

  • [13]

    ^"First Milkymist One Early Developer Kits are coming!". Retrieved 2011-04-22..

  • [14]

    ^"M-Labs official website: Milkymist One". Retrieved 2013-05-02..

  • [15]

    ^"Genode Labs: FPGA Graphics"..

  • [16]

    ^"NIST: Open-Source Software for Quantum Information". Retrieved 2015-01-25..

  • [17]

    ^"M-Labs website: ARTIQ". Retrieved 2017-02-14..

  • [18]

    ^"M-Labs mirror: ARTIQ". Retrieved 2017-02-14..

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