Quels outils libres pour le FPGA? Quand le monde du logiciel rencontre celui du matériel

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1 Quels outils libres pour le FPGA? Quand le monde du logiciel rencontre celui du matériel Soft Hard

2 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 2 Qui suis-je? Membre d'armadeus Project Responsable FPGA chez ARMadeus Systems Mainteneur de POD (Peripherals On Demand) Libriste

3 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 3 Sommaire 1. Qu'est-ce qu'un FPGA 2. La chaine de développement FPGA 3. Modélisation, simulation VHDL Verilog SystemC 4. Spécialisation matériel 5. Génération du bitstream 6. Utilisation réelle

4 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 4 Qu'est-ce qu'un FPGA? Field Programmable Gates Array Matrice de Champs de Portes Programmables

5 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 5 Qu'est-ce qu'un FPGA? Matrice de portes logiques Interconnexions reconfigurables Différentes technologies ram, flash,...

6 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 6 Une simple bascule D La base d'un design synchrone. Recopie l'entrée D sur la sortie Q à chaque front de Clk. D Q Clk Rst

7 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 7 Composants Virtuels Aussi appelé IP (Intellectual property) Décrit dans un langage de modélisation «Synthétisable» Composants virtuels libres : OpenCores Milkymist POD

8 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 8 Chaine de développement FPGA VC VC VC Assemblage composants Design HDL Synthèse netlist Place & route placelist Bitgen Bitstream Config Conception, modélisation simulation Spécialisation pour un FPGA donné Utilisation réelle

9 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 9 Chaine de développement FPGA VC VC VC Assemblage composants Design HDL Synthèse netlist Place & route placelist Bitgen Bitstream Config Conception, modélisation simulation Spécialisation pour un FPGA donné Utilisation réelle

10 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 10 Modélisation et simulation Trois languages «standard»: VHDL Verilog SystemC Tous simulables «librement» Tous les outils GNU/GPL disponibles

11 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 11 VHDL VHSIC Hardware Description Language VHSIC : Very High Speed Integrated Circuit Language de description matériel pour circuit intégré à très grande vitesse... Commande de l'armée américaine Syntaxe «ada» Beaucoup utilisé en europe

12 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 12 Exemple simple D Q Clk Rst

13 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 13 Outils VHDL GHDL: Tristan Gingold (ada france) Front-end de gcc Couverture de code avec gcov GTKWave: visualiseur de signaux Compatible tous langages de simulation POD: Peripherals On Demand Outils Python d'assemblage de composants ARMadeus Project

14 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 14 GTKWave Visualiseur de signaux en GTK Nombreux formats : vcd, ghw, vzt, lxt, Développement actif.

15 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 15 POD: Peripherals On Demand Outil Python d'assemblage de Composants virtuels Génère la «glue» en VHDL. Ligne de commande + complétion.

16 Demo 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 16

17 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 17 Verilog Développé par Cadence depuis 1984 Vaguement inspiré du C Standardisé par l'ieee en 1995 Beaucoup utilisé aux USA Plus concis

18 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 18 Exemple simple D Q Clk Rst

19 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 19 Outils Verilog Icarus (iverilog) Simulation, Synthèse Conversion vers VHDL. Verilator Convertisseur verilog systemc, C++,... Accélérateur de simulation. GTKWave Vermin, rtlbrowse Dinotrace

20 Demo 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 20

21 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 21 SystemC Initialement développé par Synopsys (scenic) Bibliothèque de classes et macros C++ Normalisé par l'osci : Open SystemC Initiative Code source disponible (login). Simulation comportementale (behavioral) Rapide.

22 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 22 Exemple simple D Q Clk Rst

23 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 23 Les outils SystemC systemc tgz : à télécharger sur le site de l'osci GCC (g++) GtkWave Outils C++

24 Demo 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 24

25 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 25 Chaine de développement FPGA VC VC VC Assemblage composants Design HDL Synthèse netlist Place & route placelist Bitgen Bitstream Config Conception, modélisation simulation Spécialisation pour un FPGA donné Utilisation réelle

26 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 26 Spécialisation matériel De nombreux formats Netlist: Placelist: Antares NCD: Xilinx EDIF: Standard LLHDL: Projet libre (Sébastien Bourdeauducq) XDL: Xilinx lisible NCD: Xilinx Logiciel de placement routage pour Xilinx. (Sébastien Bourdeauducq)

27 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 27 Chaine de développement FPGA VC VC VC Assemblage composants Design HDL Synthèse netlist Place & route placelist Bitgen Bitstream Config Conception, modélisation simulation Spécialisation pour un FPGA donné Utilisation réèlle

28 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 28 Bitgen:Debit Projet Debit Jean-Baptiste Note et Éric Rannaud (ENS) Reverse des bitstream Xilinx

29 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 29 Bitgen:Debit Génère des bitstreams Pour Virtex2 Pour Spartan3

30 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 30 Chaine de développement FPGA VC VC VC Assemblage composants Design HDL Synthèse netlist Place & route placelist Bitgen Bitstream Config Conception, modélisation simulation Spécialisation pour un FPGA donné Utilisation réelle

31 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 31 Utilisation réèlle Configuration du FPGA correctement documenté. EEPROM JTAG SPI Parallèle Oscilloscope Fonctionnement réel

32 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 32 Conclusion Simulation et modélisation: Des projets tout à fait utilisables Synthèse, placement routage: Des projets naissants mais prometteur Génération de bitstream: C'est possible! «from the bitstream to the netlist» La pente est raide mais la route est droite!

33 Liens GHDL : GtkWave : POD : Icarus : Verilator, Dynotrace : VHDL : github.com/sebx86/verilatorvhdl SystemC : LLHDL : github.com/sbourdeauducq/llhdl Antares : github.com/sbourdeauducq/antares Debit : 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 33

34 11 juillet 2011 RMLL 2011 : Quels Logiciels Libres pour le FPGA 34 Questions? Questions?