NVC, l’autre simulateur VHDL libre

Langages, nvc, outils, vhdl

Dans le domaine de la simulation libre du VHDL, on connait bien le simulateur GHDL qui est basé sur GCC, on connaît un petit peu le simulateur FreeHDL inclus dans le logiciel graphique de simulation électronique Qucs, mais on connaît moins le simulateur NVC qui pourtant est en train de faire son petit bonhomme de chemin.

NVC est écrit en langage C pur et compilé par défaut avec le compilateur LLVM concurrent de GCC. L’avantage de NVC par rapport à GHDL: c’est un programme indépendant de son compilateur là où ghdl n’est qu’une couche de GCC. Ce qui simplifie grandement la compilation de l’outils.

NVC n’a pas encore atteint sa première version stable, cependant le rythme des commits laisse penser que cela va venir. Et surtout il est déjà utilisable en l’état dans sa version git «master» .

L’outil a été intégré dans la partie VHDL du blp, il s’utilise de la même manière que ghdl avec une phase d’élaboration puis d’analyse avant d’être lancé en simulation.

Pour simuler le testbench permettant de tester le module anti-rebond du blp nous ferons les commandes suivantes dans le répertoire vhdl :

  • analyse
nvc -a ../test/test_button_deb.vhd ../src/button_deb.vhd
  • élaboration
nvc -e button_deb_tb
  • simulation (run)
nvc -r button_deb_tb -w

L’option de simulation -w permet de générer un fichier de sortie (*.fst) pour être lu par gtkwave.

Synchronous Synthesizable Hardware Description Language (SSHDL)

Langages, Non classé, SSHDL

Depuis quelques années, plusieurs nouveaux langages HDL basés sur des langages de programmations génériques émergent. Ces programmes peuvent être qualifiés de SSHDL pour Synchronous Synthesizable Hardware Description Language

HDL ?

Pour Hardware Description Langage, c’est un langage de description matériel. Un HDL permet de décrire le comportement d’un composant numérique, comme des bascule D, des ALU, ou des microprocesseurs complet.

Les deux HDL les plus connu sont bien sûr le VHDL et le Verilog. Se sont les seuls à être reconnu comme standard par tous les logiciels de synthèses du marché. C’est donc un passage obligé pour travailler sur les FPGA.

Synthesizable ?

Cela peut paraître étrange, mais VHDL/Verilog ont beau être supporté par tous les logiciels de synthèse du marché, se ne sont pas des langage que l’on peut considérer comme synthétisable. Seul un sous ensemble de ces deux langages l’est, le reste étant utilisé pour la simulation.

Une architecture décrite dans un langage synthétisable … sera synthétisable. Si une portion du code n’est pas synthétisable alors il y a une erreur de code.

Synchronous ?

C’est quelque chose qui est indispensable en conception HDL. Tout le design doit être cadencé avec la même horloge, même si nous cherchons à capturer un événements extérieur (comme une interruptions) il est nécessaire de le resynchroniser avec l’horloge principale. Dans un SSHDL, le fonctionnement synchrone est implicite. L’horloge qui cadence tout le design n’a pas a être indiqué à chaque registre.

Toutes personnes qui a travaillé sur un FPGA de taille raisonnable le sait, il est impossible de cadencer tout son design avec la même horloge, puisque certain sous ensembles comme les contrôleurs de RAM ou les sérialiseur/déserialiseur nécessitent leurs propres horloges qui n’est généralement pas synchrone avec l’horloge globale. Il est alors nécessaire d’introduire la notion de domaines d’horloges et de soigner la conception des franchissement de domaines d’horloges de nos signaux (Clock domain crossing) afin d’éviter la métastabilité.

C’est un des points sensible qui fait la qualité d’un SSHDL : comment est géré le franchissement de domaines d’horloges ?

Standards industriels ou joujoux universitaires ?

Pour que ces langages puissent avoir un minimum d’espoir d’être déployés dans l’industrie, il faut que l’on puisse les utiliser sur les FPGA du marché. Il faut donc  des logiciels capables de les synthétiser. Il est illusoire de croire que les gros fabricant de FPGA adoptent ces petits langages open-source pour leurs FPGA. Le SystemC est un bon exemple de langage qui n’a pas percé par manque de logiciel de synthèse (par contre il est très utilisé dans la simulation, car très rapide).

C’est pour cette raison que ces nouveaux langages ont choisi de générer leur designs en VHDL et/ou Verilog. Toutes la conception/simulation se fait donc avec ces nouveaux langages, et quand on veut faire la synthèse on lance la génération du VHDL/Verilog pour tester sur FPGA.

On peut ainsi considérer le VHDL/Verilog comme un langage «assembleur» du FPGA/ASIC.

Petites listes de SSHDL

La liste des SSHDL connus peut être trouvé dans la rubrique HDL de ce blog.

IceStudio, du schéma au verilog

icestorm, outils, verilog

IceStudio est un logiciel graphique permettant de concevoir un design FPGA à la manière d’un schéma électronique.

Le logiciel est encore largement expérimentale (version 0.2) et centré sur les FPGA ice40 de chez lattice.

En fait, IceStudio se veut une extension graphique au projet IceStorm — chaine de synthèse/place&route/bitstream opensource —.

Architecturé en javascript autour de Nodejs, le logiciel permet de dessiner son projet au moyen de blocs reliés entre eux par des signaux.

icestudio-0.2-crono_

Les blocs peuvent être pris dans une librairie fourni avec le logiciel, mais il est également possible de créer des blocs «vierges» dans lesquels on écrira le code verilog correspondant au comportement souhaité.

icestudio-0.2-counter-inspection

Le format de sauvegarde du projet est en  JSON, un outils de conversion permet ensuite de le transformer en code Verilog pour la synthèse.

Installation

Pour l’installer nous aurons besoin du paquet «npm» :

sudo apt-get install npm

Puis de télécharger le projet git:

git clone https://github.com/FPGAwars/icestudio.git

Et enfin de lancer la commande d’installation comme décrite dans le README.md:

cd icestudio
npm install

Pour l’exécuter lancer simplement

npm start

Et si comme pour votre serviteur, cela ne marche pas du tout 😉 allez plutôt chercher la release sur https://github.com/FPGAwars/icestudio/releases. Dézippez la

unzip Icestudio-0.2.0-beta2-linux64.zip

Puis lancez le simplement :

./Icestudio

Le projet est encore jeune mais très prometteur.  Espérons que nous verrons rapidement l’intégration de nouvelles plateformes/FPGA, voir une version FPGA-Agnostic.

 

SpinalHDL va-t-il remplacer Chisel ?

Chisel, Langages, SpinalHDL, , , ,

SpinalHDL est un langage HDL ressemblant à s’y méprendre à Chisel. Et pour cause, son créateur est un ancien utilisateur intensif de Chisel.

  • Tout comme Chisel, SpinalHDL est basé sur le langage Scala.
  • Tout comme Chisel, les entrées/sorties sont décrites au moyen de Bundles.
  • Tout comme Chisel, Spinal génère un langage HDL pour la synthèse.

Alors pourquoi ne pas utiliser Chisel ?

  • Car SpinalHDL génère du VHDL pour la synthèse, et non du Verilog
  • Car SpinalHDL gère les domaines d’horloges de manière élégante
  • Car la déclaration des entrées sortie est plus «naturelle» pour un habitué de VHDL/Verilog. En effet, pour déclarer les des signaux comme entrée ou sortie d’un module sur Chisel il faut faire : 
    
   val io = new Bundle {
     val a = Bool(INPUT)
     val b = Bool(INPUT)
     val c = Bool(OUTPUT)
   }

    Alors que sur SpinalHDL on fera:

    
   val io = new Bundle {
     val a = in Bool
     val b = in Bool
     val c = out Bool
   }

    Ce qui est plus naturel.

  • La gestion des blackbox est mieux intégrée.

De plus, Charles (dolu1990) m’informe qu’il y a maintenant une implémentation de RISCV avec 5 étages de mul/div/interruptions fonctionnel en SpinalHDL:

Bonjour,

Flash info Spinal XD
Il y a maintenant une implémentation de RISCV, 5 stages mul/div/interrupt
fonctionnel codée en Spinal.
Le cpu égualement débuggable via JTAG, fork openOCD, GDB et eclipse. (c'est
a ma connaissance la seul implémentation RISCV qui cible les FPGA avec
cette fonctionnalité)

Au plaisir de libérer les FPGA de leur asservissement.
Charles

Bref pas mal de choses intéressantes qui j’espère dynamiserons le développement de Chisel également et peut-être fusionnerons à terme ?

Pour la documentation officielle c’est par là.

De beaux chronogrammes avec Wavedrom

outils,

wavedrom est une librairie html/javascript permettant de faire de superbes rendu de chronogrammes.

La syntaxe en JSON est relativement simple et permet de créer très rapidement des chronogrammes dans sa page web.

<script type="WaveDrom">
{ signal : [
{ name: "clk", wave: "p......" },
{ name: "bus", wave: "x.34.5x", data: "head body tail" },
{ name: "wire", wave: "0.1..0." },
]}
</script>

Si l’on souhaite faire une utilisation hors ligne de wavedrom il est possible de télécharger l’éditeur sur le site. L’éditeur permet de faire des modifications du code json avec le rendu en live. Il permet également d’enregistrer le rendu sous un format image pour que l’on puisse incorporer le chronogramme dans son document.

wavedromeditor

Très pratique pour écrire ses documents de spécification.

Comme d’habitude, le FOSDEM a eu sa moisson de conférences fort intéressantes à propos de la libération des FPGA.

Voici en vrac les slides qu’il ne faut pas louper:

Non non, vhd2vl n’est pas mort, contrairement à ce qui a été dit dans l’article de description du projet. Son auteur Larry Doolittle a publié une nouvelle version 2.5 l’été dernier (2015).

Et pour simplifier le développement collaboratif de ce programme un github a été ouvert. Comme il le dit sur sa page personnel du projet, Larry souhaite simplement intégrer son outils dans icarus (vhdlpp) de manière à pouvoir faire de la simulation VHDL avec. Mais pour faire une simple conversion VHDL->Verilog, vhd2vl est toujours d’actualité.