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Homemade CPU

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zeus

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Re: Homemade CPU

Message non luVen 18 Sep 2015, 22:15

leon a écrit:N'hésites pas à nous faire une description plus détaillée de ton projet dans un nouveau sujet. Mais bon, je suppose que là aussi tu veux garder le secret pour ne pas te faire voler tes idées révolutionnaires. :roll:
.

ben comme dit autre part j'avais mis ce projet au placard car je n'y voyais pas d'interet pour d'autre a part des performance que je ne pourais pas certifier atteindre sans que ce soit testé.
la je songe le resortir et même l'utiliser dans un robot.

je n'en parle pas surtout a cause des oreille extérieur mais je ne suis pas fermer.
par contre le jours je je me remettrais dessus je te solliciterais peu être

donc en gros l'idée de base c'est de faire une architecture basé sur le multicœur et dont le hardware s'adapte a un langage que j'ai développer plus ou moins accidentellement
avantage c'est qu'il n'y as pas de sous couche logiciel ni de compilateur nécessaire a l'ordinateur donc temps d’exécution plus faible a technologie égale (par contre très gros casse tête a cause de l’accessibilité a la mémoire et autre difficulté divers qui vienne s'ajouter
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leon

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Re: Homemade CPU

Message non luDim 11 Oct 2015, 06:55

Quelques news. Je travaille à fond sur ce projet.

J'ai quasiment terminé la première version de la partie matérielle.
Aujourd'hui, j'ai un ordinateur utilisable avec :
* le coeur du CPU
* 1Mo de SRAM externe (2x512ko).
* l'acquisition clavier
Quand je dis "matériel", je parle bien évidemment avant tout du code Verilog implémenté dans le FPGA.
J'ai testé ça dans tous les sens, ça a l'air de bien fonctionner. Bien évidemment, je m'attends à trouver des bugs que je n'ai pas encore détecté, ça fait partie du jeu.

J'en ai chié sur plusieurs parties:
* synchro de toutes les parties. les 3 éléments suivants doivent être parfaitement synchronisés dans mon concept :
le coeur et la partie graphique de la vidéo (qui accèdent tous les 2 à la SRAM en temps partagé) et la partie texte de la vidéo (pour qu'il n'y ait pas de décalage à l'écran entre graphiques et texte).
Etant débutant en FPGA et Verilog, j'ai eu un peu de mal à bien agencer tout ça. Mais en retour, j'ai beaucoup appris.

Leon.
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Esprit

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Re: Homemade CPU

Message non luMer 28 Oct 2015, 16:08

Tu dois apprendre un tas de trucs ! Ça doit être vraiment intéressant. (Et chronophage!)
Si tu as compilé une petite liste de sources et de liens, je suis preneur. Pour les longues soirées d'hiver. ::-D:
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Re: Homemade CPU

Message non luSam 7 Nov 2015, 18:07

Salut Esprit.

En fait, je n'ai pas trop cherché à reprendre des architectures de CPU existantes. Dans un tel projet, ce qui m'intéresse, c'est de savoir comment MOI j'imagine de résoudre un problème complexe, de A à Z, sans forcément reprendre les idées déjà en place. Ici, le problème complexe c'est :
* créer un ordinateur
* avec des performances correctes pour qu'il soit réellement utilisable
* avec des capacités graphiques
* avec capacité d'interaction au clavier (et/ou joypad)
Alors bien sur je me suis un peu renseigné, mais pas tant que ça au final. Ca nécessite de bien réfléchir à toutes les parties. Bien évidemment, le résultat sera peu performant, et je passe certainement à côté de plein d'astuces, d'optimisations. Ca peut paraitre assez idiot comme démarche... Mais c'est comme ça que j'aime travailler!

Du coup, je me suis surtout formé à Verilog. Voici une bonne introduction si tu souhaites te lancer. J'ai récupéré d'autres cours de Verilog, demande moi si tu veux.
http://hdl.telecom-paristech.fr/verilog_intro.html

Sinon, un petit point d'avancement : je me suis replongé dans le code Verilog pour optimiser ce qui pouvait l'être, et j'ai enfin réussi à passer à la fréquence cible, 50MHz, sachant qu'un cycle sur 4 est "volé" pour l'affichage VGA (qui doit accéder à la RAM externe), donc ça fait un équivalent de 37MHz.
Il faut 4 cycles par micro-instruction, donc j'arrive à 9 millions d'instructions par seconde.
Donc en terme de puissance de calcul, il devrait être équivalent à un 80286 (16bits, arithmétique sur des entiers seulement).
Je n'ai pas encore commencé la partie "programmation / compilateur". C'est la prochaine étape. Et là encore, je me renseigne le moins possible, j'essaye de tout imaginer par moi même.

Leon.
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Re: Homemade CPU

Message non luVen 13 Nov 2015, 17:45

Je suis admiratif de la démarche, je ne trouve pas ça "idiot" du tout. ;)
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leon

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Re: Homemade CPU

Message non luVen 27 Nov 2015, 18:49

Juste un petit point d'avancement.

Je suis en train d'avancer sur le compilateur spécifique, que je code en C, sans rien reprendre de compilateurs existants.
C'est un type de programmation auquel je ne suis pas trop habitué : manipulation de structures complexes, chaines de caractères, etc... Je suis plus habitué à coder des asservissements temps réel!
C'est complexe pour moi, ça fait mal au crane, mais paradoxalement j'aime beaucoup, car je découvre et j'apprends beaucoup de choses!
Reconnaitre des fonctions, des déclarations de variables, les allouer à l'espace mémoire, décoder des formules avec plein de parenthèses et d'opérations mathématiques et logiques...

Une fois que cette partie sera bien avancée (je n'en suis qu'au début), ça me permettra de coder des programmes pour mon "ordinateur" de manière beaucoup plus rapide qu'en assembleur. Parce que l'assembleur, ça fait encore plus mal à la tête si on veut coder des choses complexes!

Pour finir, en commençant sérieusement la partie software, je me rends vraiment compte que j'aurais pu optimiser plusieurs parties du hardware assez facilement, et que j'ai fais plusieurs erreurs de conceptions, faute d'expérience. C'est donc assez tentant de remettre en cause le hardware pour optimiser sont utilisation par du software. Mais si je m'engage là dedans, j'ai peur que ça soit sans fin et que ça freine l'avancement global du projet... Bref, il faut trouver un juste milieu, faire des choix. C'est d'ailleurs assez intéressant de réfléchir à tout ça : équilibre entre hardware et software.

Leon.
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Re: Homemade CPU

Message non luDim 27 Mar 2016, 09:13

Bugs, Crashes, etc...

Voici un point d'avancement rapide.
Comme dit dans un autre post, j'ai terminé le compilateur croisé, codé en C, qui compile à partir de mon propre langage. C'était vraiment un gros morceau, surtout pour moi qui ne suis pas habitué à ce genre de programmation; c'était très intéressant à coder.

J'ai codé plusieurs petits programmes annexes sur PC permettant de faire une chaine de développement complète, dont un bootloader, un générateur de fichiers binaires à partir d'images BMP Windows, etc...
Le bootloader permet de charger des fichiers binaires (données et exécutables) dans la RAM via le port série, et d'exécuter à partir de la RAM. Je n'ai plus besoin de la prise JTAG du FPGA qui me servait à charger des programmes de test dans la ROM de boot de 2ko (interne au FPGA) qui était devenue beaucoup trop petite pour mes programmes. Désormais, cette ROM contient le Bootloader et rien d'autre.
J'ai également appris à Notepad++ la syntaxe de mon langage (à mi chemin entre basic et C), ce qui permet d'avoir une coloration syntaxique et surtout une navigation facilitée dans les fonctions que je code.
C'est vraiment appréciable d'avoir une chaine d'outil complète, et automatisée.

J'ai également fait fonctionner la liaison série, émulée par logiciel dans mon CPU, et qui utilise simplement un "port GPIO". Pour l'instant, je n'utilise la liaison série que pour le Bootloader, mais elle me sera très utile pour le débuggage, je pense.
Donc en terme de périphérique, il ne me manque plus que la gestion SPI pour la mémoire flash externe.

Actuellement, je débuggue, je débugge, et je débugge.
J'ai beaucoup de crashes, mon CPU resete sans raison apparente. J'ai aussi de temps en temps, aléatoirement, des données corrompues, et ça m'inquiète beaucoup, beaucoup plus. C'est rare, donc quasi impossible à piéger.
Sachant que les bugs viennent de partout, sans prévenir : bugs hardware (Verilog), instabilités hardware qu'il faut corriger, compilateur, assembleur, bootloader, etc...
J'ai déjà corrigé énormément de bugs de la chaine de compilation, qui semble désormais assez stable.
Donc il faut tester, faire des séquences de test dans le CPU pour comprendre d'où viennent les instabilités.
C'est long et fastidieux. Et avec ces difficultés ressurgit la peur de l'échec. :(
Donc à ce jour, même si le projet est très avancé, je ne sais pas s'il fonctionnera réellement à 100% un jour.

Pour finir, j'ai codé plusieurs fonctions de base :
* fonctions standard : wait, peek, poke
* fonctions graphique : pixel, line, box, cls, scrolling, affichage d'images complètes, etc...
* fonction texte : gestion du clavier (c'était plus complexe que je ne le pensais), print, conversion int <-> texte, locate, etc...
Et avec ces fonctions, des petits programmes de test, dont certains fonctionnent très bien, et d'autres sont très instables.

C'est hyper enrichissant comme projet ::): , mais c'est long, très long, ça bouffe énormément de temps. :?

Leon.
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Thot

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Re: Homemade CPU

Message non luDim 27 Mar 2016, 23:38

Les problèmes de compilation de driver sous Linux c'est typiquement le genre de choses qui m'exaspère au plus haut point. Soit tu n'y arrives pas, soit tu y arrives mais tu ne sais pas dire pourquoi.
Mais là ça doit être gratifiant puisque tu as tout fait dessous.
Créer un langage doit être aussi super intéressant. Je l'avais fait à l'école quand j'étais jeune mais il fallait faire un interpréteur. L'exercice de lire un texte pour en déduire un comportement et pouvoir jouer avec en ligne de commande était vraiment intéressant. Je me souviens que nous avions tout codé sous la forme d'un automate qui changeait d'état à chaque lettre qui arrivait en flux.

leon a écrit:Pour finir, en commençant sérieusement la partie software, je me rends vraiment compte que j'aurais pu optimiser plusieurs parties du hardware assez facilement, et que j'ai fais plusieurs erreurs de conceptions, faute d'expérience. C'est donc assez tentant de remettre en cause le hardware pour optimiser sont utilisation par du software. Mais si je m'engage là dedans, j'ai peur que ça soit sans fin et que ça freine l'avancement global du projet... Bref, il faut trouver un juste milieu, faire des choix. C'est d'ailleurs assez intéressant de réfléchir à tout ça : équilibre entre hardware et software.


Ca c'est aussi un truc que j'observe. Et je me rends compte que j'applique la technique du "je refais tout du début" quand je suis trop perdu. Plus un programme évolue, plus le nombre de lignes de codes diminue (à nombre de fonctions égal) Et si je ne fais pas ça, je ne peux pas aller plus haut.

T'as réfléchi à la possibilité de tout refaire avec ce que tu as fait jusque là ? Tu le referais pareil ?
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leon

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Re: Homemade CPU

Message non luLun 28 Mar 2016, 07:30

Thot a écrit:Mais là ça doit être gratifiant puisque tu as tout fait dessous.
Créer un langage doit être aussi super intéressant.
C'est vrai que ça donne une saveur particulière au projet. Coder selon son propre langage, avec son propre compilateur, et comprendre de manière détaillée comment le compilateur va se comporter. Ca permet également d'optimiser le code, par exemple pour une exécution plus rapide.

Thot a écrit:Ca c'est aussi un truc que j'observe. Et je me rends compte que j'applique la technique du "je refais tout du début" quand je suis trop perdu. Plus un programme évolue, plus le nombre de lignes de codes diminue (à nombre de fonctions égal) Et si je ne fais pas ça, je ne peux pas aller plus haut.

T'as réfléchi à la possibilité de tout refaire avec ce que tu as fait jusque là ? Tu le referais pareil ?

Je vois ce que tu veux dire, mais je ne suis jamais passé par la case "totalement perdu" sur ce projet. Il faut dire que j'ai passé des heures et des heures à réfléchir, à gribouiller, à organiser mes idées, avant d'écrire la moindre ligne de code, que ce soit en Verilog, en C, ou dans mon langage. J'ai un cahier de 80 pages rempli de mes notes, idées, et suivi au jour le jour du projet. J'ai passé plus d'un an à réfléchir au sujet avant de me lancer. Donc globalement, le projet est assez bien organisé, je sais où je vais.

Sinon, comme je l'ai déjà dit, j'ai plusieurs idées d'optimisation, et j'ai fait plusieurs erreurs. En voici les plus grosses :
* absence d'accumulateur dans mon coeur. En fait, je n'avais pas assimilé cette notion d'accumulateur quand j'ai imaginé puis codé le hardware. Quand j'ai commencé à réellement utiliser, et surtout à coder le compilateur, j'ai enfin compris. C'est là toute la différence entre "comprendre globalement" quelque chose, et l'avoir parfaitement assimilé. Sans mettre les mains dans le cambouis, difficile d'assimiler réellement un concept. Mais même si je peux attendre un gain de ~30% sur l'exécution de calculs successifs, je ne modifierai pas, ça remet trop de choses en cause, dont le hardware, l'assembleur, le compilateur.
* machine d'état du "coeur" trop rigide. Le coeur exécute chaque instruction selon un séquencement fixe de 4 coups d'horloge (pas de pipeline). Or, certaines instructions pourraient être réduites à 3 ou 2 coups d'horloge si j'autorisais un cycle variable. C'est faisable, même si la synchro avec la lecture VGA (qui accède à la RAM partagée) serait forcément plus complexe. En analysant un code compilé, j'estime un gain de 30%. Encore une fois, c'est un manque de pratique.
* fonction "division" implémentée en hardware dans mon module arithmétique. Altera proposait un module "division entière", et je l'ai naturellement pris. Or, ça bouffe 50% de la taille de mon coeur! et je ne m'en suis rendu compte que tardivement. Et c'est assez inutile, car les divisions sont des calculs rares. Donc j'aurais du m'en passer, et coder ça en soft, et/ou mettre un simple diviseur 8 bits au lieu de 16bits.
* compilateur : les boucles "while" et "for" ne sont pas optimisées en terme de temps d'exécution et de taille de code, car elles utilisent 2 "goto" alors qu'un seul pourrait suffire. Actuellement, à chaque fois que je veux coder une boucle rapide, avec 1 seul goto, je dois la coder en assembleur. C'est plus chiant, mais ça fonctionne.

Donc si je devais me lancer de nouveau, je corrigerai naturellement ces erreurs, plus d'autres optimisations, plus d'autres "options" vu que je suis plus à l'aise (fonction DMA, gestion des interruptions). Je rappelle que c'est mon premier projet sur FPGA!
Avec toutes ces optimisations et options, j'imagine que je doublerai les performances.
Pour autant, à part la suppression des divisions hardware, je ne ferais sans doute aucune des optimisations ci-dessus sur ce projet. Car je n'ai pas le temps de tout remettre en cause, et surtout ces erreurs n'empêchent pas l'ordinateur de fonctionner! Il faut savoir être raisonnable, et trier les idées qui nous passent par la tête. J'essaye d'être le plus réaliste possible dans mes projets, ne pas me fixer d'objectifs infaisables, ne pas remettre en cause systématiquement tout.

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Re: Homemade CPU

Message non luMer 13 Avr 2016, 19:48

Juste quelques infos :
Je continue le projet, je ne lâche pas. J'ai galéré pendant 2 mois avec des instabilités, des bugs.
J'ai essayé plein de solutions, essayé de reproduire les instabilités (corruption de données, sauts non souhaités).
Je me rend à l'évidence, je n'ai pas encore bien assimilé tous les concepts de "contraintes temporelles" dans la programmation des FPGA. Les problèmes viennent clairement de là, des temps de propagation, j'ai réussi à l'identifier.

Du coup, en baissant franchement la fréquence du CPU, je me retrouve avec un ordinateur très stable (pour l'instant).
J'ai donc pris la décision de rester avec une fréquence franchement plus faible que prévue (30MHz au lieu de 50MHz), pour avoir des bases solides et continuer/reprendre sérieusement la programmation de cet ordinateur unique.
Je ne veux pas rester bloqué, j'ai encore plein de choses à coder: le système de fichier, des programmes de jeu, double buffer, etc...
Les performances vont beaucoup baisser. C'est dommage car je comptais coder des jeux avec de beaux scrollings fluides, mais je préfère faire quelque chose de moins performant qui fonctionne, plutôt que quelque chose de performant qui n'aboutira jamais.

Je me formerai plus sérieusement à tous ces problèmes de "contraintes temporelles" des FPGA dans un prochain projet.
Faire comme premier projet sur FPGA un ordinateur complet, c'était peut-être un peu prématuré pour moi...
Mais c'est certain, il y aura d'autres projets à base de FPGA, de mon côté. Le potentiel de ces bestioles est énorme!
Comme le disait Thot, ça ouvre au bidouilleur amateur un champ de possibilité qui étaient inimaginables il y a 20 ou 30 ans.

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Esprit

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Re: Homemade CPU

Message non luMer 11 Mai 2016, 09:22

On continue de suivre tes avancées en tout cas. ;)
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Re: Homemade CPU

Message non luJeu 30 Juin 2016, 10:06

Salut Léon,

Je viens de tomber sur un projet qui pourrait t'intéresser : Megaprocessor

L'idée est de faire un processeur avec des transistors "classiques" pour pouvoir voir et comprendre ce qu'il se passe exactement dans chaque partie. Un aperçu de ce que ça donne :

Image


C'est pas mal impressionnant!
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Re: Homemade CPU

Message non luJeu 30 Juin 2016, 18:11

Salut, et merci d'avoir pensé à moi!

Ne t'inquiètes pas, je suis régulièrement les avancées de Mega Processor, et de plusieurs autres projets de CPU.
Entre autre, tous ceux du webring "homemade CPU" (oui, oui, un webring, le concept dont on n'a plus entendu parler depuis 10 ans). Plus quelques autres projets.
http://members.iinet.net.au/~daveb/simp ... ghome.html

Pour en revenir à Mega-processor, c'est certes un beau projet, mais il aurait pu faire infiniment plus simple. Pour plusieurs parties, il a consommé 2 à 3 fois trop de transistors!
Et puis il n'a pas choisi l'architecture la plus simple : du CISC 16bits, avec beaucoup de registres. Pour faire un processeur facilement compréhensible, et démonstratif (c'est l'objectif de toutes ces LEDs), c'est raté à mon avis.
Et puis le personnage est un peu original : il faut bien comprendre qu'il a carrément réquisitionné le salon du mobile-home où il vit pour construire ça!
Je pense qu'il considère ça comme une oeuvre d'art.
Entendons nous bien, ça reste un projet vraiment intéressant.

D'autres projets de CPU à base de transistors sont beaucoup plus compacts.
http://www.6502.org/users/dieter/mt15/mt15.htm
http://lovqvist.net/
http://monster6502.com/
http://www.fritzler-avr.de/spaceage2/!Bilder/sp1.jpg
Il faut bien voir que c'est un gros défi de faire un vrai CPU utilisable avec des transistors. C'est comme ça qu'étaient construits les ordinateurs des années 60, avec plusieurs dizaines de milliers de transistors.

Sinon, j'avance très doucement en ce moment sur mon projet, car j'ai d'autres priorités.

Leon.
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Re: Homemade CPU

Message non luJeu 11 Aoû 2016, 23:45

L'idée de mégra processor est géniale, je connaissais pas dutout, mais je reconnais comme dis Léon que ça va faire beaucoup trop de led pour rendre le truc inintelligible au final. C'est dommage ça réduit le projet à une """""simple """" démonstration technique.
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langages: C,C++,C#,Java,asp, php,SQL,javascript.
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Zetank38

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Re: Homemade CPU

Message non luJeu 25 Aoû 2016, 19:31

Très intéressant se cpu softcore :bravo:
Quel niveau de programmation faut-il ?
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