Über BoxLambda

BoxLambda ist ein Hardware-Software-Crossover-Projekt, das einen selbstgebauten, retro-artigen FPGA-basierten Mikrocomputer entwickelt. Ziel ist es, eine Sandbox-Umgebung zum Experimentieren mit Software und FPGA-Gateware zu schaffen.

Die physische Einrichtung

Die physische Einrichtung.

Aktuelle Funktionen

• Ziel-FPGA: Arty-A7-100T.
• Ibex RISC-V-Kern mit Maschinentimer und Hardware-Interrupt-Unterstützung.
• Harvard-Architektur-basierter Interconnect.
• Niedriglatenz-Register- und Speicherzugriff im gesamten SoC.
• Vorhersagbare Befehlszykluszahlen.
• Unterstützung für DFX Partial FPGA Reconfiguration.
• DDR3-externer Speicherzugriff über den Litex-Speichercontroller.
• OpenOCD-basierter Debug-Zugriff auf FPGA und Verilator.
• VERA-basierte VGA-Grafik: 2 Ebenen, Tile- oder Bitmap-Modus, 2 Bänke mit 64 Sprites, 128 KB Video-RAM, 256-Farbpalette.
• Dual-YM2149-PSG-Audio.
• SD-Karten-Controller und FatFs-Dateisystem.
• 24-Pin-GPIO, UART, SPI-Flash-Controller, I2C-Controller.
• Unterstützung für Echtzeituhr und Kalender (RTCC).
• USB-HID-Tastatur- und Mausunterstützung.
• Picolibc-basierte Standard-C-Umgebung.
• Testanwendungssuite, die alle SoC-Komponenten abdeckt, läuft sowohl auf FPGA als auch auf Verilator.
• Mecrisp-Forth-Kern + C-FFI.

Gateware-Blockdiagramm

Software-Blockdiagramm

BoxLambda OS-Architektur-Blockdiagramm.

Hauptziele

• Eine Sandbox zum Experimentieren mit Software und FPGA-Gateware schaffen:

  • Es sollte einfach sein, einzusteigen und etwas zu tun: erstellen, hacken, tüfteln.
    • Einfach genug für eine Person: Eine motivierte Person kann ein solides Verständnis des gesamten Systems entwickeln, einschließlich Software und Hardware.
    • Deterministisches Verhalten: Die Dauer von Vorgängen wie internem Speicher- oder Registerzugriff muss von Natur aus vorhersagbar sein.
    • In sich geschlossene Laufzeitumgebung, die sowohl interaktive High-Level-Programmierung als auch Low-Level-Systemprogrammierung unterstützt.
  • Eine modulare Architektur schaffen, die ein Zusammenstellen von Software- und Hardwarekomponenten ermöglicht. Optional Unterstützung für Partial FPGA Reconfiguration.

• Zielhardware: Digilents Arty-A7.

• Der Computer unterstützt die folgenden Peripheriegeräte:

  • USB-HID-Tastatur
  • USB-HID-Maus (optional)
  • USB-HID-Joystick (optional)
  • Echtzeituhr und Kalender (optional)
  • Serielle Schnittstelle
  • SD-Kartenspeicher
  • Flash-Speicher
  • VGA-Display
  • Audio-Ausgang

• Sound und Grafik unterstützen retroartige 2D-Demos und Gameplay.

Status (April 2026)

• Infrastruktur (Build-System usw.): Abgeschlossen.
• Gateware: Abgeschlossen und erfüllt die Anforderungen.
• Software: Entwicklung läuft.
  • OS-Architektur: definiert.
  • BoxLambda C-Kern: teilweise abgeschlossen.
  • Mecrisp Forth-Kern: abgeschlossen.
  • Mecrisp Forth-Umgebung: teilweise abgeschlossen.
  • Forth<->C-FFI: abgeschlossen.
  • Dateisystemebene: abgeschlossen.

Änderungsprotokoll

• Änderungsprotokoll

Links

• Quellcode: https://github.com/epsilon537/boxlambda/
• Projektblog: https://epsilon537.github.io/boxlambda/

Dokumentation

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