nextpnr -- uma ferramenta portátil de posicionamento e roteamento para FPGA

nextpnr visa ser uma ferramenta de posicionamento e roteamento para FPGA neutra em relação ao fabricante, orientada por temporização e de código aberto (FOSS).

Atualmente, o nextpnr suporta:

• Dispositivos Lattice iCE40 suportados pelo Project IceStorm
• Dispositivos Lattice ECP5 suportados pelo Project Trellis
• Dispositivos Lattice Nexus suportados pelo Project Oxide
• Dispositivos Gowin LittleBee e Aurora V suportados pelo Project Apicula
• Dispositivos NanoXplore NG-Ultra suportados pelo Project Beyond
• Dispositivos Cologne Chip GateMate suportados pelo Project Peppercorn
• (experimental) Dispositivos Cyclone V suportados pelo Mistral
• (experimental) Dispositivos Lattice MachXO2 suportados pelo Project Trellis
• (experimental) Dispositivos Xilinx 7-series suportados pelo Project X-Ray
• (experimental) um back-end "genérico" para arquiteturas definidas pelo usuário

Um breve artigo (acadêmico) descrevendo o fluxo Yosys+nextpnr pode ser encontrado no arXiv.

Aqui está uma captura de tela do nextpnr para iCE40. Instruções de compilação e notas de início rápido podem ser encontradas abaixo.

Veja também:

• Perguntas Frequentes
• API de Arquitetura

Pré-requisitos

Os seguintes pacotes precisam ser instalados para compilar o nextpnr, independentemente da arquitetura selecionada:

• CMake 3.25 ou posterior
• Compilador C++17 moderno (clang-format necessário para desenvolvimento)
• Python 3.5 ou posterior, incluindo bibliotecas de desenvolvimento (python3-dev no Ubuntu)
  • Python 3.9 ou posterior é necessário para nextpnr-himbaechel
  • no Windows, certifique-se de instalar a mesma versão suportada pelo vcpkg
• Bibliotecas Boost (libboost-dev libboost-filesystem-dev libboost-thread-dev libboost-program-options-dev libboost-iostreams-dev libboost-dev ou libboost-all-dev no Ubuntu)
• Eigen3 (libeigen3-dev no Ubuntu)
• Yosys é necessário para sintetizar o design de demonstração
• Para compilar no Windows com MSVC, recomenda-se o uso do vcpkg para instalação das dependências.
  • Para compilações de 32 bits: vcpkg install boost-filesystem boost-program-options boost-thread eigen3
  • Para compilações de 64 bits: vcpkg install boost-filesystem:x64-windows boost-program-options:x64-windows boost-thread:x64-windows eigen3:x64-windows
  • Para compilações estáticas, adicione -static a cada um dos nomes de pacote. Por exemplo, altere eigen3:x64-windows para eigen3:x64-windows-static
  • Uma cópia do Python que corresponda à versão do vcpkg (atualmente Python 3.6.4). Você pode baixar o Arquivo Zip Incorporável e extraí-lo. Pode ser necessário extrair python36.zip dentro do arquivo zip incorporável para um novo diretório chamado "Lib".
• Para compilar no macOS, o utilitário brew é necessário.
  • Instale todos os pacotes necessários brew install cmake python boost eigen

Início rápido

Primeiro, execute:

git submodule update --init --recursive

nextpnr-ice40

Para suporte a iCE40, instale o Project IceStorm em /usr/local ou outro local, que deve ser passado como -DICESTORM_INSTALL_PREFIX=/usr para o CMake. Em seguida, compile e instale o nextpnr-ice40 usando os seguintes comandos:

mkdir -p build && cd build
cmake .. -DARCH=ice40
make -j$(nproc)
sudo make install

No Windows, você pode especificar caminhos explicitamente:

cmake . -B build -DARCH=ice40 -DICESTORM_INSTALL_PREFIX=C:/ProgramData/icestorm -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=C:/vcpkg/scripts/buildsystems/vcpkg.cmake -DVCPKG_TARGET_TRIPLET=x64-windows -G "Visual Studio 15 2017 Win64" -DPython3_EXECUTABLE=C:/Python364/python.exe -DPython3_LIBRARY=C:/vcpkg/packages/python3_x64-windows/lib/python36.lib -DPython3_INCLUDE_DIR=C:/vcpkg/packages/python3_x64-windows/include/python3.6
cmake --build build --config Release

Para compilar uma versão estática, altere o triplet de destino de x64-windows para x64-windows-static e adicione -DBUILD_STATIC=ON.

Um exemplo simples que roda na placa de desenvolvimento iCEstick pode ser encontrado em ice40/examples/blinky/blinky.*. Exemplo de uso:

cd ice40/examples/blinky
yosys -p 'synth_ice40 -top blinky -json blinky.json' blinky.v               # sintetizar em blinky.json
nextpnr-ice40 --hx1k --json blinky.json --pcf blinky.pcf --asc blinky.asc   # executar posicionamento e roteamento
icepack blinky.asc blinky.bin                                               # gerar arquivo bitstream binário
iceprog blinky.bin                                                          # enviar design para iCEstick

Executando o nextpnr no modo GUI (veja abaixo instruções para compilar o nextpnr com suporte a GUI):

nextpnr-ice40 --json blinky.json --pcf blinky.pcf --asc blinky.asc --gui

(Use os botões da barra de ferramentas ou o console de comandos Python para executar ações como pack, place, route e escrever arquivos de saída.)

nextpnr-ecp5

Para suporte a ECP5, instale o Project Trellis em /usr/local ou outro local, que deve ser passado como -DTRELLIS_INSTALL_PREFIX=/usr/local para o CMake. Em seguida, compile e instale o nextpnr-ecp5 usando os seguintes comandos:

mkdir -p build && cd build
cmake .. -DARCH=ecp5 -DTRELLIS_INSTALL_PREFIX=/usr/local
make -j$(nproc)
sudo make install

• Exemplos do fluxo ECP5 para uma variedade de placas podem ser encontrados nos Exemplos do Project Trellis.

nextpnr-nexus

Para suporte a Nexus, instale o Project Oxide em $HOME/.cargo ou outro local, que deve ser passado como -DOXIDE_INSTALL_PREFIX=$HOME/.cargo para o CMake. Em seguida, compile e instale o nextpnr-nexus usando os seguintes comandos:

mkdir -p build && cd build
cmake .. -DARCH=nexus -DOXIDE_INSTALL_PREFIX=$HOME/.cargo
make -j$(nproc)
sudo make install

• Exemplos do fluxo Nexus para uma variedade de placas podem ser encontrados nos Exemplos do Project Oxide.

nextpnr-mistral

Para suporte a Cyclone V, clone o Mistral para $HOME/mistral ou outro local e passe este caminho como -DMISTRAL_ROOT=$HOME/mistral para o CMake. Em seguida, compile e instale o nextpnr-mistral usando os seguintes comandos:

mkdir -p build && cd build
cmake .. -DARCH=mistral -DMISTRAL_ROOT=$HOME/mistral
make -j$(nproc)
sudo make install

O suporte a Cyclone V é atualmente experimental e tem testes limitados. O backend está passando por uma refatoração ativa da API, e sua estrutura, requisitos de compilação e pontos de integração podem mudar entre versões.

nextpnr-generic

O alvo genérico permite executar posicionamento e roteamento para arquiteturas personalizadas arbitrárias.

mkdir -p build && cd build
cmake .. -DARCH=generic
make -j$(nproc)
sudo make install