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关于FPGA在开源方面的探究浅析

关于FPGA在开源方面的探索浅析-开源硬件领域MCU板卡很火,著名的Arduino、树莓派(Raspberry Pi)、Micro:bit,开源的MCU也是个热门的话题,除了老牌的8051、OpenRisc等,这两年的明星就是Risc V了,在中国集成电路大跃进的加持下,它几乎成了中国处理器追赶世界的一剂春药。

开源硬件范畴MCU板卡很火,闻名的Arduino树莓派(Raspberry Pi)、Micro:bit,开源的MCU也是个抢手的论题,除了老牌的8051、OpenRisc等,这两年的明星便是Risc V了,在我国集成电路大跃进的加持下,它简直成了我国处理器追逐国际的一剂春药。

两天前走投无路的MIPS也宣告要开源了。

开源要成功,最重要的是要构成一个良性的生态,这个生态中短少一个环节,不管嚷嚷的多热烈,最终仍是会散场。

许多人在问,FPGA范畴有没有开源的渠道呢?在曾经还真的难找见,原本FPGA的器材厂商就百里挑一了(自身也说明晰必定的问题),支撑FPGA开发的东西更是难以靠民间的力气搞定了,从商业视点形似没有满足的吸引力让一些大的玩家去投入满足的资源来构建这么一个生态。

但在民间,仍不乏一些痴迷的技术高手,他们以玩转技术、让不或许变成或许作为人生最大的趣味,他们运用仅有的一个后门通道 - Lattice的iCE40系列,热烈地玩着,不问出路,尽管小众,但也收成了越来越多的喝彩。

他们是小脚丫FPGA的典范,或许咱们没有满足的力气像他们相同在技术上探究如此之深,但咱们的任务是让FPGA愈加接地气、亲民,经过自己的尽力构建尽或许完好的学习生态系统,让每个学习数字逻辑的学生都能把握FPGA的运用。

在FPGA范畴,Lattice的iCE40系列是硬件开源范畴最受欢迎的一款,在海外的骇客(Hacker,水平远高于咱们碰到的Maker)工程师中知名度极高,不管是根据这个系列的板卡仍是开发东西都有许多的玩家,尤其是LatTIce最近新推出的iCE40UP5K - 十分低的价格(估量批量的单片价格低于10元RMB)、尽管有限的逻辑资源但能够支撑Sensor AI的功用,甚至支撑现在如日中天的开源处理器Risc V软核,无疑iCE40UP5K将成为开源FPGA届的新星。

借Crowsupply上的一个众筹产品来简略看看FPGA在开源方面的一些探究,也让一些学习fpga的朋友更直观地领会一下终究怎样玩FPGA才干学到真的技术,对这个板子有爱好的朋友能够点击左下角“阅览原文”抵达相应的页面上去具体阅览:

iCEBreaker FPGA板专为FPGA的初学者量身定制的,它支撑最新的开源FPGA 开发东西以及下一代的开源CPU架构。iCEBreaker很轻松地跟各种Pmod外设进行衔接,能够有许多得第三方Pmod模块能够选用,本板卡的规划者也专门制作了一系列的Pmod专用模块。

关于FPGA在开源方面的探究浅析

性能指标

中心器材运用LatTIce iCE40UP5k FPGA

5280逻辑单元 (4-LUT + Carry + FF),跟咱们LatTIce版别的小脚丫FPGA资源适当,比Altera版别的逻辑资源少;

120 Kbit双口RAM

1 Mbit (128 KByte)单口RAM,这个存储量超过了咱们小脚丫用的FPGA的内部存储器容量,这是它能支撑CNN的原因;

PLL, 2 x SPI, 2 x I2C硬化的IPs

两个内部振荡器 (10 kHz and 48 MHz) 大大简化规划

8个DSP乘法器块用于信号处理,比方语音组成以及软件界说无线电;

十分低的功耗,用于电池供电得场合

3个24 mA驱动和 3 x hard IP PWM (能够直接驱动RGB LED灯和小电流的马达)

满足多、满足快的存储器

128 Mbit (16 MB) quad SPI double data rate (QSPI-DDR) flash

例如: 能够向LED点阵传送视频流

许多的I/O(其实UP5K FPGA的管脚很少,但也够用了)

3个管脚用于RGB LED

2个用于板上的LEDs

一个UART端口, RX管脚和TX管脚能够经过虚拟USB串口进行拜访

一个按键

两个Pmod衔接器(总计16x管脚)

有一个能够掰下来的Pmod (8 x pins)

5个星型摆放的LED灯

3个按键

满足的资源支撑CPU软核!

picorv32

pico soc

RISC-V以及其它软核

板上FPGA编程器以及USB到串行适配器

兼容IceStorm iceprog东西

简略, 同主机衔接无需驱动

Pmod衔接器和Pmod模块

这个板子有3种规范的Pmod衔接器,能够做十分丰富的扩展 - 能够用市场上许多的现成的Pmod模块,也能够自己规划专用的Pmod模块,比方他们自己开发得7段数码管Pmod、DIP开关Pmod、LED屏驱动Pmod和一个HDMI输出Pmod.

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开源的东西链

iCEBreaker FPGA原型板支撑一下的开源规划东西:

Yosys: 用于Verilog RTL归纳的结构;

Arachne-pnr: 针对iCE40 FPGA的布局布线东西

nextpnr: 时序驱动的FPGA布局布线东西;

IceStorm: 针对iCE40 FPGA进行剖析和创立bitstreams的东西;

icestudio: 根据IceStorm的可视化编辑器

Migen: 根据Python的FPGA硬件规划东西包

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iCEBreaker板子的框图:

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数码管显现Pmod和8位开关Pmod

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HDMI输出Pmod

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这个板子上用到的iCE40UP5k FPGA速度满足快,能够输出720p的视频!经过上图中的HDMI Pmod模块(支撑12 bits/pixel)能够输出800 x 600分辨率的测验图画以及一个720p的图画。

LED屏幕驱动Pmod

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大的视频广告板,选用许多小型的RGB LED灯组成,能够驱动发生动画作用和视频。

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驱动大的LED屏幕的Pmod

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下面的表格是国外一些成型的开源FPGA渠道的简略比照,从这个表格中能够看出,一切的FPGA器材都是来自LatTIce的iCE40系列。

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