PDF de programación - Herramientas, cores IP y documentación para el desarrollo de aplicaciones con FPGA

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Presentación del Proyecto 

Herramientas, cores IP y documentación para

el desarrollo de aplicaciones con FPGA.

Tropea S. E., Brengi D. J., Borgna J. P. D.

© 2005 INTI – Tropea, Brengi, Borgna

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Nacimiento del proyecto FPGALibre
El proyecto FPGA Libre nace dentro del laboratorio de Instrumentación y 
Control del INTI­Electrónica e Informática. 

El  Instituto  Nacional  de  Tecnología  Industrial  (INTI)  es  una  institución 
nacional  creada  en  1957  para  promover  el  desarrollo  y  la  transferencia  de 
tecnología a la industria. El área de Electrónica e Informática del INTI apoya 
el  desarrollo  tecnológico  del  sector,  a  través  de  desarrollos  precompetitivos, 
asistencia técnica, ensayos, calibraciones y certificaciones. Dentro del centro, 
la  Unidad  Técnica  de  Instrumentación  y  Control  (UTIC)  se  dedicada 
específicamente  al  desarrollo  de  nuevas  aplicaciones  para  la  industria 
utilizando 
tecnologías  con  microcontroladores,  procesadores,  FPGAs, 
sistemas GNU/Linux y software libre.

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Motivación
En el Primer Workshop Latinoamericano de Tecnología FPGA observamos
varios grupos deseosos de compartir conocimientos sobre FPGA

Obtener un ciclo completo de desarrollo utilizando sistemas GNU/Linux y
software libre, para mantener el entorno de trabajo (usado en el laboratorio)
robusto y económico.

Facilitar las etapas iniciales de aplicación de estas tecnologías a micro-
emprendimientos, PYMES de perfil tecnológico, empresas y universidades.
La necesidad de evitar el uso de "software" de alto valor reemplazándolo por
"software" libre, teniendo en cuenta que los programas comerciales son muy
caros, las licencias son sólo para una estación de trabajo o poseen algún tipo
de limitación en sus versiones gratuitas.

La necesidad de agilizar los desarrollos gracias al uso de "cores" IP
(Intelectual Property) y otros tipos de recursos disponibles libremente a través
de internet.

Poder compartir las herramientas y los cores desarrollados.

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Objetivos del proyecto

Facilitar el intercambio de los elementos necesarios para el desarrollo
con FPGA.

Impulsar el desarrollo con dispositivos FPGA utilizando herramientas
de software libre u open source.

Fomentar el intercambio y desarrollo de cores IP con licencias que
posean el mismo espíritu que las del software libre.

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Ventajas del uso del software libre
Entre las ventajas del uso de software libre podemos citar:

La capacidad de aprender observando el código fuente de las 
aplicaciones y los cores.

La posibilidad de adaptar a gusto según las necesidades particulares 
de cada interesado.

La oportunidad de mejorar el código y brindar esas mejoras al resto 
de la comunidad.
Bajo  costo.  Los  productos  propietarios  de  este  rubro  suelen  tener 
altos  costos  de  licencias,  lo  que  limita  y  restringe  su  aplicación  en 
forma  masiva  en  proyectos  e  instituciones  de  bajos  recursos  y  en 
países en desarrollo. 

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Sourceforge.net

Sourceforge.net brinda en forma gratuita recursos de 
hosting a proyectos de software libre y open source. 

Algunos de sus principales servicios son:

● Alojamiento de páginas web.
● Listas de correo y foros.
● Sistema de distribución de archivos.
● CVS (para organización y desarrollo grupal de código).

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El ciclo de desarrollo

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Busqueda, selección, prueba e integración

Se realiza una búsqueda de todos los recursos y herraminetas 
disponibles para obtener el ciclo de desarrollo completo.

Priorizando  siempre  las  aplicaciones  de  software  libre    y 
trabajando  bajo  sistemas  operativos  GNU/Linux  por  este 
mismo motivo.

Se    prueban  y  seleccionan  las  herramientas  más  cómodas  y 
eficientes según nuestra modalidad de trabajo.

Además  se  realiza  un  trabajo  de  integración  general  de  los 
distintos  componentes  del  ciclo  y  se  intenta    cubrir  las 
pequeñas piezas faltantes con desarrollos propios.

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Partes
El  ciclo  completo  de  desarrollo  con  FPGA  es  muy  complejo, 
pero  enfocando  en  sus  herramientas  asociadas,  podríamos 
separarlo en los siguientes items principales:

El código HDL.

Edición de código.

Simulación.

Síntesis.

Hardware y  FPGA.

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VHDL
VHDL

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El código HDL

Para  una  primera  etapa  se  selecciona  el  lenguaje 
VHDL  por  su  uso  difundido  en 
instituciones 
universitarias  y  la  existencia  de  grandes  proyectos 
open source como el procesador León escritos en este 
lenguaje.
Por  ser  una  especificación  abierta  y  de  libre  uso,  se 
elige  utilizar  Wishbone  como  mecanismo  de 
interconectividad de cores. 

Además  esta  especificación  es  la  utilizada  por 
OpenCores.org,  un 
referencia  para 
desarrollos de IP de uso libre, pudiendose aprovechar 
de esta manera la gran cantidad de cores disponibles 
en este sitio.

sitio  de 

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Búsqueda

ctags

Plantillas
Pmacros y tpl2file

Edición
SETEdit

Bibliotecas

y Cores

Automatizador

GNU Make

Otros
hex2vhdl
vhdlspp
natebege

Compilador

GHDL

Estilo (Lint)

bakalint

Forma de Onda
GTKWave y dinotrace

Testbench

GHDL

Recolección de 

errores

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Error

Post­proceso

GCC y Perl

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Edición de código
No  son  muchos  los  editores  libres  que  posean  facilidades  avanzadas  para  la  edición  de  código 
No  son  muchos  los  editores  libres  que  posean  facilidades  avanzadas  para  la  edición  de  código 
VHDL. Uno de estos editores es el SETEdit, un editor pensado para programadores, con soporte 
VHDL. Uno de estos editores es el SETEdit, un editor pensado para programadores, con soporte 
para  gran  cantidad  de  lenguajes  de  programación.  Estas  son  algunas  de  las  características  que  lo 
para  gran  cantidad  de  lenguajes  de  programación.  Estas  son  algunas  de  las  características  que  lo 
hacen una buena elección para el trabajo con VHDL: 
hacen una buena elección para el trabajo con VHDL: 

● Resaltado de sintáxis para VHDL. 
● Macros específicas con construcciones 
típicas de VHDL (PMacros). 
●  Utilización  de  Exuberant  C  Tags  con 
soporte específico para VHDL. 
● Indentado coherente con los guidelines 
del proyecto. 
●  tpl2file:  templates  de  Xilinx  como 
archivos

http://setedit.sourceforge.net

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Búsqueda

ctags

Plantillas
Pmacros y tpl2file

Edición
SETEdit

Bibliotecas

y Cores

Automatizador

GNU Make

Otros
hex2vhdl
vhdlspp
natebege

Compilador

GHDL

Estilo (Lint)

bakalint

Forma de Onda
GTKWave y dinotrace

Testbench

GHDL

Recolección de 
Recolección de 

errores
errores

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Error

Post­proceso

GCC y Perl

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GNU/Make
● Automatiza el proceso, incluyendo pasos específicos. Ejemplo: 
ensamblador.
● Integra con SETEdit para la recolección de errores.

Edición

Ctrl+F9

setedit

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make

ghdl

Listo para simular

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Búsqueda

ctags

Plantillas
Pmacros y tpl2file

Edición
SETEdit

Bibliotecas

y Cores

Automatizador

GNU Make

Otros
hex2vhdl
vhdlspp
natebege

Compilador

GHDL

Estilo (Lint)

bakalint

Forma de Onda
GTKWave y dinotrace

Testbench

GHDL

Recolección de 

errores

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Error

Post­proceso

GCC y Perl

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Simulación

Debido  a  su  amplio  uso  y  a  la  capacidad  de  compilar  sin 
problemas  proyectos  tales  como  el  procesador  LEON  y  el 
DLX se ha seleccionado el GHDL como herramienta principal 
de simulación para VHDL. 

http://ghdl.free.fr/

GHDL  utiliza  la  tecnología  del  GCC,  el  compilador  de 
software libre más utilizado en todo el mundo.

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Forma de Onda
GTKWave y dinotrace

Testbench

GHDL

Recolección de 

errores

Error

Post­proceso

GCC y Perl

No cumple

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Síntesis
xst/map/par

JTAG

JBit, naxjp, xilix_jtag

FPGA
Spartan II

Ok

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Síntesis
Lamentablemente  no  conocemos  herramientas  de  síntesis  con 
Lamentablemente  no  conocemos  herramientas  de  síntesis  con 
licencias  free  software  u  open  source.  Los  dos  fabricantes  más 
licencias  free  software  u  o