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Une LED qui clignote sur ICEStick vite vite vite !

Historiquement le ICE40 soudé sur la carte icestick est le premier supporté par des outils libres.

Le célèbre icestick qui a libéré les FPGA

Il est maintenant possible d’utiliser plusieurs programmes open-source pour développer dessus. Voici une méthode avec yosys, nextpnr, icestorm et openFPGALoader.

Dans un premier temps, allez donc cloner, compiler makeInstaller les 4 programmes cités ci-avant :

  • Yosys: Logiciel de synthèse Verilog couteau suisse du monde du FPGA.
  • nextpnr: Logiciel de placement routage supportant de plus en plus de famille de FPGA
  • icestorm: La tempête à l’origine de la libération des ICE40 de Lattice.
  • openFPGALoader: Le configurateur universel pour FPGA.

N’oubliez pas l’option de compilation «ICE40» quand elle est requise, mais c’est expliqué dans les différents tutos de compilation des outils.

Une fois que tout est installé on peut prendre le source Verilog «Blinking Led Project» et le modifier comme ci-dessous :

module blink (
    // Horloge
    input clock,
    output led
);

// Icestick clock : 12Mhz
parameter clock_freq = 12_000_000; // clock frequency
localparam MAX_COUNT = clock_freq;
localparam MAX_COUNT_UPPER = $clog2(MAX_COUNT) - 1;

reg [MAX_COUNT_UPPER:0] counter;
reg led_reg;

assign led = led_reg;

always@(posedge clock)
begin
    if(counter < MAX_COUNT/2)
        led_reg <= 1;
    else
        led_reg <= 0;

    if(counter >= MAX_COUNT)
        counter <= 0;
    else
        counter <= counter + 1;
end

endmodule

Il faut ensuite ajouter les informations de pinout pour l’horloge et la LED dans un fichier pcf que nous nommerons blink.pcf:

set_io clock  21
set_io led 98

Puis enfin, lancer les différentes commande de synthèse/pnr/bitstream :

$ PROJECTNAME=blink
$ VERILOGS="$PROJECTNAME.v"
  • Synthèse avec yosys:
$ yosys -q -p "synth_ice40 -top $PROJECTNAME -json $PROJECTNAME.json" $VERILOGS
  • Placement routage avec nextpnr:
$ nextpnr-ice40 --force --json $PROJECTNAME.json --pcf $PROJECTNAME.pcf --asc $PROJECTNAME.asc --freq 12 --hx1k --package tq144 $1
  • Vérification des timings avec icetime:
$ icetime -p $PROJECTNAME.pcf -P tq144 -r $PROJECTNAME.timings -d hx1k -t $PROJECTNAME.asc
// Reading input .pcf file..
// Reading input .asc file..
// Reading 1k chipdb file..
// Creating timing netlist..
// Timing estimate: 6.12 ns (163.28 MHz)
  • Packaging du bitstream avec icepack :
$ icepack $PROJECTNAME.asc $PROJECTNAME.bin
  • Configuration du fpga avec openFPGALoader:
$ openFPGALoader -b ice40_generic blink.bin 
write to ram
Jtag frequency : requested 6.00MHz   -> real 6.00MHz  
Parse file DONE
00
Detail: 
Jedec ID          : 20
memory type       : ba
memory capacity   : 16
EDID + CFD length : 10
EDID              : 0000
CFD               : 
Erasing: [==================================================] 100.00%
Done
Writing: [==================================================] 100.00%
Done
Wait for CDONE DONE

Et voila, la LED clignote.

Réception du kit Tang Nano 4K

La désormais célèbre société chinoise Sipeed vient de sortir un tout petit kit de développement autour d’un FPGA Gowin et muni d’une sortie HDMI ainsi que d’une entrée caméra : la Tang Nano 4K.

Principaux périphériques disponibles sur la Tang Nano 4K

Et non, elle n’est pas compatible avec des écrans HDMI 4K 😉 Le nom marketing bien choisi désigne le nombre de LUT disponibles.

Le pinout trouvé sur la fiche descriptive d’aliexpress
Attention à certain IO du pinout, qu’il vaut mieux éviter d’utiliser… comme la sortie LED (IOT7A) ! Le document en question semble être celui là

Il est encore difficile de trouver des informations techniques sur cette carte, pourtant disponible (et rapidement livrée) sur aliexpress. Le wiki officiel est encore intégralement en chinois, mais on trouve le code d’exemple sur github. Le schéma de la carte est dispo sur le site de sipeed ici (ou sur le blog du flf si le firewall chinois fait des caprices 😉

À 18$ il n’était pas question de passer à coté, j’ai donc commandé une version avec caméra OV2640 ainsi qu’une version sans caméra :

Les deux kits tels que reçu dans ma boite aux lettres.

Le tout pour une quarantaine d’€.

Branchement

Un câble USB-C est fourni dans la boite, voyons ce qu’il se passe au branchement de la version sans caméra:

 sudo dmesg -c
[34644.177355] usb 1-2.1.1: new full-speed USB device number 14 using xhci_hcd
[34644.283502] usb 1-2.1.1: not running at top speed; connect to a high speed hub
[34644.305274] usb 1-2.1.1: New USB device found, idVendor=0403, idProduct=6010, bcdDevice= 5.00
[34644.305288] usb 1-2.1.1: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[34644.305292] usb 1-2.1.1: Product: JTAG Debugger
[34644.305295] usb 1-2.1.1: Manufacturer: SIPEED
[34644.305298] usb 1-2.1.1: SerialNumber: FactoryAIOT Pro
[34644.311295] ftdi_sio 1-2.1.1:1.0: FTDI USB Serial Device converter detected
[34644.311336] usb 1-2.1.1: Detected FT2232C
[34644.316362] usb 1-2.1.1: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB0
[34644.316513] ftdi_sio 1-2.1.1:1.1: FTDI USB Serial Device converter detected
[34644.316548] usb 1-2.1.1: Detected FT2232C
[34644.322352] usb 1-2.1.1: FTDI USB Serial Device converter now attached to ttyUSB1

La version avec caméra donne exactement la même chose.

Le dmesg de Linux laisse apparaître deux interfaces tty. L’une est certainement un convertisseur jtag pour configurer le FPGA et l’autre une interface uart permettant de communiquer avec l’application comme on a pu le voir avec la Tang Nano «classique».

Si l’on branche un écran au HDMI on voit défiler quelques «pattern» avant de s’arrêter sur un écran vert sur fond bleu.

Pour le moment je n’ai pas réussi à obtenir grand chose de ces deux uarts.

Par la suite j’éditerais cet article pour vous parler de la configuration du FPGA.

Synthèse et configuration

Le plus simple pour commencer avec le kit est d’aller voir les deux projets proposés par Sipeed sur github et de les cloner.

$ git clone https://github.com/sipeed/TangNano-4K-example.git
$ cd TangNano-4K-example/

Deux projets sont disponible dans ce dépôt, vus de loin l’un est pour faire clignoter une led et l’autre pour l’exemple HDMI programmé par défaut dans l’eeprom du kit :

$ ls
dk_video/  led_test/

Pour se faire la main il est donc naturel de commencer par la led.

Il faut d’abord lancer l’IDE officiel de gowin, comme décrit dans l’article de hackable-32 (le plus compliqué avec l’installation de gowin est d’obtenir la licence, après ça roule). Puis ouvrir le fichier de projet fourni nommé project/led_test.gprj et se trouvant dans le répertoire led_test/projet.

Le FPGA du kit se nomme GW1NSR-LV4CQN48PC7/I6 et le code Verilog de clignotement est le suivant. Quand au pinout le voici au format «cst» ci-dessous :

IO_LOC "led" 10;
IO_PORT "led" PULL_MODE=NONE DRIVE=8;
IO_LOC "sys_rst_n" 15;
IO_PORT "sys_rst_n" PULL_MODE=UP;
IO_LOC "sys_clk" 45;
IO_PORT "sys_clk" PULL_MODE=UP;

Le projet est déjà synthétisé, si on souhaite le relancer il suffit de faire un clic-droit «rerun» sur «Synthesize» . Le bitstream est généré au format «fs» et se nomme project/impl/pnr/led_test.fs.

Le kit est désormais reconnu par openFPGALoader:

$ openFPGALoader --detect
write to ram
Jtag frequency : requested 6.00MHz   -> real 6.00MHz  
index 0:
	idcode 0x100981b
	manufacturer Gowin
	family GW1NSR
	model  GW1NSR-4C
	irlength 8

Il suffit donc de programmer le bistrteam (format fs) au moyen de la commande :

$ openFPGALoader led_test/project/impl/pnr/led_test.fs
write to ram
Jtag frequency : requested 6.00MHz   -> real 6.00MHz  
Parse file Parse led_test/project/impl/pnr/led_test.fs: 
Done
DONE
Jtag frequency : requested 2.50MHz   -> real 2.00MHz  
erase SRAM Done
Flash SRAM: [==================================================] 100.00%
Done
SRAM Flash: Success

Et pour l’écrire dans l’eeprom il suffit d’ajouter l’option -f:

$ openFPGALoader ide/gbhdmi/impl/pnr/gbhdmi.fs -f
write to flash
Jtag frequency : requested 6.00MHz   -> real 6.00MHz  
Parse file Parse ide/gbhdmi/impl/pnr/gbhdmi.fs: 
Done
DONE
Jtag frequency : requested 2.50MHz   -> real 2.00MHz  
erase SRAM Done
erase Flash Done
write Flash: [==================================================] 100.00%
Done
CRC check: Success

Le truc se programme et la led clignote.

Le HDMI

Le deuxième projet proposé dans le dépôt concerne le HDMI. Bon si on regarde le contenu du Top on se rend compte qu’il fait bien plus que le simple HDMI puisqu’il pilote également la ram, la Nor et la caméra.

Le générateur de pattern se charge également de générer les signaux de synchronisation vidéo. Mais ce qui nous intéresse particulièrement c’est le bloc qui pilote le HDMI. Ce bloc se prénomme DVI_TX_top et … il est encrypté 🙁

Le bloc est tout de même instanciable au moyen d’une BlackBox chisel. Ce qui permet d’adapter le projet GbVGA en GbHDMI

Pour la vidéo du montage en fonctionnement c’est par là.

La caméra OV2640

Je n’ai pas vu d’exemple de code utilisant la caméra ov2640 avec ce kit pour le moment. Il est probable que ça ne soit pas encore disponible.

Ressources

Convertir du VHDL en Verilog librement avec Yosys et GHDL

Il y a quelques années, nous parlions de l’utilitaire vhdl2vl sur ce blog. Cette solution est intéressante mais limitée car le projet est relativement au point mort.

Depuis quelques mois une solution beaucoup plus «hype» est disponible, alliant le couteau suisse du Verilog Yosys, la référence en simulation libre en VHDL GHDL et le plugin ghdl-yosys-plugin. Cette solution permet dès à présent de convertir la plupart des codes VHDL en Verilog.

Voyons comment faire avec le module de réception uart proposé par nandland : UART_RX.vhd.

$ mkdir vhdlconv
$ cd vhdlconv
$ ls
UART_RX.vhd

Il faut tout d’abord compiler et installer Yosys et GHDL selon la procédure donnée sur les sites respectif.

Un fois fait il faut installer et compiler le plugin ghdl-yosys-plugin comme expliqué sur le dépot. Dans notre cas, cette compilation sera faite dans le répertoire /opt/ghdl-yosys-plugin.

Un fois l’installation effectuée nous pouvons nous lancer dans la conversion avec le plugin :

$ export GHDL_YOSYS_PLUGIN=/opt/ghdl-yosys-plugin/ghdl.so

On élabore le vhdl avec ghdl :

$ ghdl -a UART_RX.vhd 
$ ls
UART_RX.vhd  work-obj93.cf

On lance yosys avec le module ghdl :

$ yosys -m $GHDL_YOSYS_PLUGIN 
...
 |  yosys -- Yosys Open SYnthesis Suite                                       
 |  Copyright (C) 2012 - 2020  Claire Xenia Wolf <claire@yosyshq.com>         
...
 Yosys 0.9+4081 (git sha1 862e84eb, clang 10.0.0-4ubuntu1 -fPIC -Os)

On lit le module fraîchement élaboré:

...
yosys> ghdl UART_RX
1. Executing GHDL.
Importing module UART_RX.

Puis on lance la synthèse :

yosys> proc; opt; fsm; opt; memory; opt;

2. Executing PROC pass (convert processes to netlists).

2.1. Executing PROC_CLEAN pass (remove empty switches from decision trees).
Cleaned up 0 empty switches.

2.2. Executing PROC_RMDEAD pass (remove dead branches from decision trees).
Removed a total of 0 dead cases.

[...]

7.8. Executing OPT_EXPR pass (perform const folding).
Optimizing module UART_RX.

7.9. Finished OPT passes. (There is nothing left to do.)

Et enfin, on peut écrire le Verilog du module converti :

yosys> write_verilog UART_RX.v

8. Executing Verilog backend.
Dumping module `\UART_RX'.

yosys> exit

Le module verilog ainsi généré possède les même noms d’interfaces:

$ head -n 20 UART_RX.v
/* Generated by Yosys 0.9+4081 (git sha1 862e84eb, clang 10.0.0-4ubuntu1 -fPIC -Os) */

module UART_RX(i_Clk, i_RX_Serial, o_RX_DV, o_RX_Byte);
  (* unused_bits = "7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31" *)
  wire [31:0] _00_;
  wire [2:0] _01_;
  wire [6:0] _02_;
  wire _03_;
  wire _04_;
  wire _05_;
  (* unused_bits = "3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31" *)
  wire [31:0] _06_;
  wire [2:0] _07_;
  wire [2:0] _08_;
  wire [2:0] _09_;
  wire [6:0] _10_;
  wire [2:0] _11_;
  wire _12_;
  wire [2:0] _13_;
  wire _14_;

$ head -n 20 UART_RX.vhd
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.ALL;
use ieee.numeric_std.all;
 
entity UART_RX is
  generic (
    g_CLKS_PER_BIT : integer := 115     -- Needs to be set correctly
    );
  port (
    i_Clk       : in  std_logic;
    i_RX_Serial : in  std_logic;
    o_RX_DV     : out std_logic;
    o_RX_Byte   : out std_logic_vector(7 downto 0)
    );
end UART_RX;
 
 
architecture rtl of UART_RX is
 
  type t_SM_Main is (s_Idle, s_RX_Start_Bit, s_RX_Data_Bits,

Et même si le code n’est pas très lisible on retrouve ses petits avec le nom des signaux interne du module.

Ce qui est vraiment intéressant ici c’est que le code verilog généré est parfaitement synthétisable avec n’importe quel logiciel de synthèse verilog, on peut également utiliser Verilator pour accélérer nos simulation et enfin il est possible de faire de la preuve formelle avec Yosys.

Plus d’excuse pour ne pas mixer du code VHDL avec du Verilog maintenant puisque tout est convertible en Verilog !

VHDL: afficher du texte au moment de la synthèse vivado

Lorsque l’on essait de faire des modules VHDL génériques, on utilise massivement les paramètres generic map des modules.

Ces paramètres sont utilisés ensuite à la synthèse pour calculer des tailles de tableaux, des constantes et autre structures matérielles générées.

Pour déverminer cette partie du code on a besoin de «voir» les valeurs qui sont calculées. En VHDL il n’y a pas de printf pour ça, mais il y a report utilisé en simulation dans un process :

process is
begin
    report "Affichons des trucs" severity note;
    wait;
end process;

Sauf que nous ne somme pas en simulation, ce process ne sera même pas traité à la synthèse.

Pour pouvoir afficher du texte on peut utiliser les assertions en les mettant systématiquement à faux pour être sur qu’elles soient affichées :

assert false report "Affichons des trucs à la synthèse" severity note;

Mais rien ne s’affiche dans les log à la synthèse Vivado. Ça n’est pas un bug, c’est juste que Xilinx a désactivé ces messages par défaut. Pour les réactiver il suffit de taper cette ligne magique dans la console tcl avant de lancer la synthèse :

set_param synth.elaboration.rodinMoreOptions {rt::set_parameter ignoreVhdlAssertStmts false}

Le message est ensuite visible dans les log:

INFO: [Synth 8-63] RTL assertion: "Affichons des trucs à la synthèse" [plop.vhd:108]

Merci à brimdavis pour le truc.

Test d’une carte Gowin avec LiteX

Après avoir déballé le kit gowin proposé par trenz micro. Il faut trouver quelques chose à faire de plus avancé qu’un simple clignotement de LED. Pour le clignotement de LED et la prise en main des outils, le lecteur se référera à l’article Hackable 32.

Pourquoi ne pas tenter le Linux des FPGA, j’ai nommé LiteX (Prononcez Lahïtixe ) ? LiteX est un framework HDL basé sur Migen pour construire des systèmes matériel facilement en python.

LiteX inclut un langage de description matériel, mais également tous les outils permettant de faire des simulations, la synthèses et générer les bitstreams pour la plupart des FPGA du marché. Bien évidement, en ce qui concerne la synthèse et les bitstreams, LiteX pilote les outils propriétaires des constructeurs. Ce pilotage ne pose généralement pas trop de problème, car tous les outils constructeurs proposent des interfaces en ligne de commande.

La carte que nous allons tenter de faire fonctionner avec LiteX est donc la TEC0117-1 produite par Trenz electronic et munie d’un FPGA gowin .

La carte TEC0117-1 de trenz micro se pilote intégralement avec le port série.

D’après le wiki, la carte n’est pas encore officiellement supporté par LiteX puisqu’elle ne se trouve pas dans la liste du projet LiteX-Boards

Pas dans le tableau de la documentation du moins, car en fouillant dans le code du projet, il semble qu’il y ait déjà un embryon de quelques chose ici. Voila qui est très engageant pour tester la carte.

Voyons donc voir les étapes nous permettant de construire un système avec LiteX.

Installation de LiteX

Le plus simple pour installer LiteX sur son ordinateur est d’aller suivre le guide officiel d’installation.

$ wget https://raw.githubusercontent.com/enjoy-digital/litex/master/litex_setup.py
$ chmod +x litex_setup.py
$ ./litex_setup.py init install --user (--user to install to user directory)

Attention, si comme moi vous avez un pc qui commence à prendre sérieusement de l’âge, sachez que le script litex_setup.py va descendre beaucoup de projets annexes de LiteX. Ça va prendre quelques minutes.

On aura besoin également de gcc compilé pour RISC-V :

$ ./litex_setup.py gcc

Il faudra bien penser à l’exporter à chaque fois qu’on en aura besoin :

$ export PATH=$PATH:$(echo $PWD/riscv64-*/bin/)

Construire le système pour TEC0117

Pour construire un système pour la carte il faut ensuite se rendre dans le répertoire contenant la carte puis lancer le script python correspondant:

$ export PATH=$PATH:$(echo $PWD/riscv64-*/bin/)
$ cd litex-boards/litex_boards/targets
$ python3 trenz_tec0117.py

Pour synthétiser et générer le bitstream il faut d’abord ajouter le lien vers l’ide (1.9.7 minimum) de gowin :

$ export PATH=$PATH:/opt/gowin/1_9_7/IDE/bin/

Puis lancer le build:

$ python litex-boards/litex_boards/targets/trenz_tec0117.py --build
INFO:SoC:        __   _ __      _  __  
INFO:SoC:       / /  (_) /____ | |/_/  
INFO:SoC:      / /__/ / __/ -_)>  <    
INFO:SoC:     /____/_/\__/\__/_/|_|  
INFO:SoC:  Build your hardware, easily!
INFO:SoC:--------------------------------------------------------------------------------

...

Running timing analysis......
[95%] Timing analysis completed
Bitstream generation in progress......
Bitstream generation completed
Running power analysis......
[100%] Power analysis completed
Generate file "/home/fabienm/myapp/litex/build/trenz_tec0117/gateware/impl/pnr/project.power.html" completed
Generate file "/home/fabienm/myapp/litex/build/trenz_tec0117/gateware/impl/pnr/project.pin.html" completed
Generate file "/home/fabienm/myapp/litex/build/trenz_tec0117/gateware/impl/pnr/project.rpt.html" completed
Generate file "/home/fabienm/myapp/litex/build/trenz_tec0117/gateware/impl/pnr/project.rpt.txt" completed
Generate file "/home/fabienm/myapp/litex/build/trenz_tec0117/gateware/impl/pnr/project.tr.html" completed
Fri Jul  9 13:18:07 2021

Le bitstream généré au format *.fs se trouve ensuite dans le répertoire

./build/trenz_tec0117/gateware/impl/pnr/project.fs

On pourra configurer le FPGA directement avec openFPGALoader :

$ openFPGALoader ./build/trenz_tec0117/gateware/impl/pnr/project.fs
Parse ./build/trenz_tec0117/gateware/impl/pnr/project.fs: 
checksum 0x15d3
Done
erase SRAM Done
Flash SRAM: [==================================================] 100.000000%
Done
SRAM Flash: Success

Ou avec la bonne option litex (qui fait appel à openFPGALoader de toute manière):

$ python3 ../litex-boards/litex_boards/targets/trenz_tec0117.py --load
INFO:SoC:        __   _ __      _  __  
INFO:SoC:       / /  (_) /____ | |/_/  
INFO:SoC:      / /__/ / __/ -_)>  <    
INFO:SoC:     /____/_/\__/\__/_/|_|  
INFO:SoC:  Build your hardware, easily!
INFO:SoC:--------------------------------------------------------------------------------
INFO:SoC:Creating SoC... (2021-07-12 19:05:10)
INFO:SoC:--------------------------------------------------------------------------------
INFO:SoC:FPGA device : GW1NR-LV9QN88C6/I5.
INFO:SoC:System clock: 25.00MHz.
INFO:SoCBusHandler:Creating Bus Handler...

...

INFO:SoC:Initializing ROM rom with contents (Size: 0x51cc).
INFO:SoC:Auto-Resizing ROM rom from 0x6000 to 0x51cc.
Parse /home/user/myapp/litex/myapp/build/trenz_tec0117/gateware/impl/pnr/project.fs: 
checksum 0xa3a3
Done
erase SRAM Done
Flash SRAM: [==================================================] 100.000000%
Done
SRAM Flash: Success

La confirmation de la bonne configuration est donnée par le message de la console, mais également par le chenillard de LED rouge.

Console litex>

Le convertisseur USB-uart de la carte possède deux interfaces ttyUSB, la première vient d’être utilisée par openFPGALoader pour charger le bitstream, la seconde permet de se connecter à la console litex :

$ screen /dev/ttyUSB1 115200
litex> reboot


        __   _ __      _  __
       / /  (_) /____ | |/_/
      / /__/ / __/ -_)>  <
     /____/_/\__/\__/_/|_|
   Build your hardware, easily!

 (c) Copyright 2012-2021 Enjoy-Digital
 (c) Copyright 2007-2015 M-Labs

 BIOS built on Jul  9 2021 13:17:06
 BIOS CRC passed (855636f6)

 Migen git sha1: 3ffd64c
 LiteX git sha1: 2b49430f

--=============== SoC ==================--
CPU:            VexRiscv_Lite @ 25MHz
BUS:            WISHBONE 32-bit @ 4GiB
CSR:            32-bit data
ROM:            24KiB
SRAM:           4KiB
L2:             0KiB
SDRAM:          8192KiB 16-bit @ 25MT/s (CL-2 CWL-2)

--========== Initialization ============--
Initializing SDRAM @0x40000000...
Switching SDRAM to software control.
Switching SDRAM to hardware control.
Memtest at 0x40000000 (2.0MiB)...
  Write: 0x40000000-0x40200000 2.0MiB     
   Read: 0x40000000-0x40200000 2.0MiB     
Memtest OK
Memspeed at 0x40000000 (2.0MiB)...
  Write speed: 5.6MiB/s
   Read speed: 6.2MiB/s

--============== Boot ==================--
Booting from serial...
Press Q or ESC to abort boot completely.
sL5DdSMmkekro
             Timeout
No boot medium found

--============= Console ================--

litex> 

La commande help nous donnes les commandes disponibles :

litex> help


LiteX BIOS, available commands:

leds                     - Set Leds value
flush_l2_cache           - Flush L2 cache
flush_cpu_dcache         - Flush CPU data cache
crc                      - Compute CRC32 of a part of the address space
ident                    - Identifier of the system
help                     - Print this help

serialboot               - Boot from Serial (SFL)
reboot                   - Reboot
boot                     - Boot from Memory

mem_speed                - Test memory speed
mem_test                 - Test memory access
mem_copy                 - Copy address space
mem_write                - Write address space
mem_read                 - Read address space
mem_list                 - List available memory regions

sdram_test               - Test SDRAM

Photo traditionnelle

Avec LiteX, une tradition «twitter» veux que l’on fasse une photo du kit démarrant LiteX avec la console démarrée.

Photo trophée de la tec0117 avec LiteX

Et voila \o/

L’entrée en matière est incroyablement facile et fait honneur au slogan «Build your hardware, easily!».

Nous regarderons dans de futur articles ce que l’on peut faire avec.

Utiliser UNISIM avec GHDL et CocoTB

Les constructeurs de FPGA fournissent des modèles VHDL de leurs primitives. Chez Xilinx cela se présente sous la forme d’une librairie nommée UNISIM.

Le logiciel libre de simulation GHDL n’inclut pas les sources VHDL de cette librairie dans son dépôt officiel car ça n’est pas sa propriété. Cependant, GHDL fourni des scripts permettant de les pré-compiler pour son projet.

Nous allons voir ici comment se servir des primitives disponible dans vivado avec une simulation utilisant CocoTB.

Les sources des primitives se trouvent dans le répertoire d’installation de Vivado

data/vhdl/src/unisims/

Il peut être intéressant de mettre les librairies compilé à cette endroit pour y faire référence depuis tous ses projets ensuite :

cd data/vhdl
mkdir ghdl
cd ghdl
/usr/local/lib/ghdl/vendors/compile-xilinx-vivado.sh -a
[...]

Il y a une erreur dans le VHDL de xilinx qu’il faut corriger à la main avant de lancer le script de compilation. Dans le fichier `BUFG_GT_SYNC.vhd`, à la ligne 73 il faut remplacer :

    wait for 1ps;
    wait for 1 ps; -- notez l'espace

Pour compiler la librairie unisim pour vivado on utilisera le script suivant :

/usr/local/lib/ghdl/vendors/compile-xilinx-vivado.sh -a --vhdl2008
Loading environment...
Not all Xilinx primitives are VHDL-2008 compatible! Setting CONTINUE_ON_ERROR to TRUE.
Analyzing library 'unisim'...
Creating VHDL Library 'unisim'...
Analyzing files into library 'unisim'...
  WARNING: /opt/Xilinx/Vivado/2020.2/data/vhdl/src/unisims/primitive/SYSMONE4.vhd:1536:44:warning: prefix of array attribute must be an object name [-Wattribute]
SCRIPT ERROR: Unfiltered line
v_str_time_length := time'image(now)'length;
SCRIPT ERROR: Unfiltered line
^
  Warnings detected by filtering script.
Analyzing library 'secureip'...
Creating VHDL Library 'secureip'...
Analyzing files into library 'secureip'...
Analyzing library 'unimacro'...
Creating VHDL Library 'unimacro'...
Analyzing files into library 'unimacro'...
Analyzing library 'unifast'...
Creating VHDL Library 'unifast'...
Analyzing files into library 'unifast'...
Analyzing library 'secureip'...
Creating VHDL Library 'secureip'...
Analyzing files into library 'secureip'...
  WARNING: /opt/Xilinx/Vivado/2020.2/data/vhdl/src/unifast/secureip/GTHE2_CHANNEL.vhd:29:1:warning: entity "gthe2_channel" was also defined in file "/opt/Xilinx/Vivado/2020.2/data/vhdl/src/unisims/secureip/GTHE2_CHANNEL.vhd" [-Wlibrary]
SCRIPT ERROR: Unfiltered line
library IEEE;
SCRIPT ERROR: Unfiltered line
^
  Warnings detected by filtering script.
  WARNING: /opt/Xilinx/Vivado/2020.2/data/vhdl/src/unifast/secureip/GTXE2_CHANNEL.vhd:34:1:warning: entity "gtxe2_channel" was also defined in file "/opt/Xilinx/Vivado/2020.2/data/vhdl/src/unisims/secureip/GTXE2_CHANNEL.vhd" [-Wlibrary]
SCRIPT ERROR: Unfiltered line
library IEEE;
SCRIPT ERROR: Unfiltered line
^
  Warnings detected by filtering script.
--------------------------------------------------------------------------------
Compiling Xilinx Vivado libraries [SUCCESSFUL]

La compilation prend un temps infini, compter au moins 5 minutes sur un PC muni de 16 cores. Il suffira ensuite d’ajouter les lignes suivantes à son makefile CocoTB :

UNISIMDIR=$(VIVADODIR)/data/vhdl/ghdl/xilinx-vivado/unisim/v93
EXTRA_ARGS=-P$(UNISIMDIR)

Et roulez jeunesse.

Les interface Decoupled() en Chisel

La présentation de Jonathan Bachrach donne les bases d’utilisation des interfaces Decoupled() en Chisel. Cependant, elle date (2013). Il est donc nécessaire de se mettre un peu à jour.

Tout d’abord, il ne faut pas oublier d’inclure le package :

import chisel3.util._

Ensuite, l’interface possède en elle même l’information de direction. Il ne faut donc pas l’inclure dans un Output()/Input() lorsqu’on le déclare dans un IO(new Bundle {}) :

// Producteur
val data = Decoupled(UInt(10.W))
// Consommateur
val data = Flipped(Decoupled(UInt(10.W)))

Et pour finir, on ne déclare plus de Reg() comme donné à la fin de la présentation. Il faut utiliser RegNext() à la place :

results.valid := isResult
results.bits := result
isResult := RegNext(results.ready) & haveNewResult

Tout cela évitera les horribles traces Java assez illisible.