nextpnr -- 便携式FPGA布局布线工具

nextpnr 的目标是成为一个供应商中立、时序驱动、开源免费的FPGA布局布线工具。

目前nextpnr支持：

由Project IceStorm支持的Lattice iCE40器件
由Project Trellis支持的Lattice ECP5器件
由Project Oxide支持的Lattice Nexus器件
由Project Apicula支持的高云小蜜蜂和Aurora V器件
由Project Beyond支持的NanoXplore NG-Ultra器件
由Project Peppercorn支持的Cologne Chip GateMate器件
(实验性) 由Mistral支持的Cyclone V器件
(实验性) 由Project Trellis支持的Lattice MachXO2器件
(实验性) 由Project X-Ray支持的Xilinx 7系列器件
(实验性) 用于用户自定义架构的"通用"后端

描述Yosys+nextpnr流程的简要（学术）论文可在arXiv上找到。

以下是nextpnr用于iCE40的截图。构建说明和入门指南见下文。

另见：

先决条件

构建nextpnr需要安装以下软件包，与所选架构无关：

CMake 3.25 或更高版本
现代C++17编译器（开发时需要clang-format）
Python 3.5 或更高版本，包含开发库（Ubuntu上为python3-dev）
- 对于nextpnr-himbaechel需要Python 3.9或更高版本
- 在Windows上，确保安装与vcpkg支持的版本相同
Boost库（Ubuntu上为libboost-dev libboost-filesystem-dev libboost-thread-dev libboost-program-options-dev libboost-iostreams-dev libboost-dev或libboost-all-dev）
Eigen3（Ubuntu上为libeigen3-dev）
需要Yosys来综合demo设计
在Windows上使用MSVC构建时，建议使用vcpkg安装依赖。
- 对于32位构建：vcpkg install boost-filesystem boost-program-options boost-thread eigen3
- 对于64位构建：vcpkg install boost-filesystem:x64-windows boost-program-options:x64-windows boost-thread:x64-windows eigen3:x64-windows
- 对于静态构建，在每个包名后添加-static。例如，将eigen3:x64-windows改为eigen3:x64-windows-static
- 需要一份与vcpkg中版本匹配的Python副本（当前为Python 3.6.4）。您可以下载可嵌入的Zip文件并解压。您可能需要将可嵌入zip文件中的python36.zip解压到一个名为"Lib"的新目录中。
在macOS上构建时，需要brew工具。
- 安装所有需要的包 brew install cmake python boost eigen

入门

首先，运行：

git submodule update --init --recursive

nextpnr-ice40

对于iCE40支持，将Project IceStorm安装到/usr/local或其他位置，并将其作为-DICESTORM_INSTALL_PREFIX=/usr传递给CMake。然后使用以下命令构建并安装nextpnr-ice40：

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

在Windows上，您可以显式指定路径：

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

要构建静态发布版，将目标三元组从x64-windows改为x64-windows-static并添加-DBUILD_STATIC=ON。

一个在iCEstick开发板上运行的简单示例可以在ice40/examples/blinky/blinky.*中找到。用法示例：

cd ice40/examples/blinky
yosys -p 'synth_ice40 -top blinky -json blinky.json' blinky.v               # 综合为blinky.json
nextpnr-ice40 --hx1k --json blinky.json --pcf blinky.pcf --asc blinky.asc   # 运行布局布线
icepack blinky.asc blinky.bin                                               # 生成二进制比特流文件
iceprog blinky.bin                                                          # 上传设计到iCEstick

在GUI模式下运行nextpnr（请参阅下方关于构建带GUI支持的nextpnr的说明）：

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

（使用工具栏按钮或Python命令控制台执行打包、布局、布线和写入输出文件等操作。）

nextpnr-ecp5

对于ECP5支持，将Project Trellis安装到/usr/local或其他位置，并将其作为-DTRELLIS_INSTALL_PREFIX=/usr/local传递给CMake。然后使用以下命令构建并安装nextpnr-ecp5：

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

适用于多种开发板的ECP5流程示例可在Project Trellis Examples中找到。

nextpnr-nexus

对于Nexus支持，将Project Oxide安装到$HOME/.cargo或其他位置，并将其作为-DOXIDE_INSTALL_PREFIX=$HOME/.cargo传递给CMake。然后使用以下命令构建并安装nextpnr-nexus：

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

适用于多种开发板的Nexus流程示例可在Project Oxide Examples中找到。

nextpnr-mistral

对于Cyclone V支持，将Mistral克隆到$HOME/mistral或其他位置，并将此路径作为-DMISTRAL_ROOT=$HOME/mistral传递给CMake。然后使用以下命令构建并安装nextpnr-mistral：

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

Cyclone V支持目前是实验性的，测试有限。后端正在进行活跃的API重构，其结构、构建要求和集成点可能会在版本之间发生变化。

nextpnr-generic

通用目标允许为任意自定义架构运行布局布线。

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

如何使用通用流程的示例在generic/examples中。另见通用架构文档。

nextpnr-himbaechel

himbaechel目标允许为共享通用结构的较大架构运行布局布线。

gowin

对于高云支持，安装Project Apicula

mkdir -p build && cd build
cmake .. -DARCH="himbaechel" -DHIMBAECHEL_UARCH="gowin"
make -j$(nproc)
sudo make install

适用于多种开发板的高云流程示例可在Project Apicula Examples中找到。

ng-ultra

对于NanoXplore NG-Ultra支持，克隆Project Beyond DB仓库

mkdir -p build && cd build
cmake .. -DARCH="himbaechel" -DHIMBAECHEL_UARCH="ng-ultra" -DHIMBAECHEL_PRJBEYOND_DB=/path/to/prjbeyond-db -DHIMBAECHEL_NGULTRA_DEVICES=ng-ultra
make -j$(nproc)
sudo make install

请注意，二进制比特流创建需要NanoXplore的Impulse工具。

gatemate

对于Cologne Chip GateMate支持，克隆Project Peppercorn

mkdir -p build && cd build
cmake .. -DARCH="himbaechel" -DHIMBAECHEL_UARCH="gatemate" -DHIMBAECHEL_PEPPERCORN_PATH=/path/to/prjpeppercorn
make -j$(nproc)
sudo make install

GUI

默认情况下不构建nextpnr GUI，以减少标准无头构建的依赖数量。要启用它，请在CMake命令行中添加-DBUILD_GUI=ON，并确保Qt5/Qt6和OpenGL可用：

对于Qt6：

在Ubuntu 22.04 LTS或更高版本上，安装qt6-base-dev
对于MSVC vcpkg，安装qt-base（32位）或qt-base:x64-windows（64位）
对于Homebrew，安装qt6并将qt6添加到路径：echo 'export PATH="/usr/local/opt/qt/bin:$PATH"' >> ~/.bash_profile ` - 此更改在下一个终端会话中生效，因此请在构建之前重新打开终端窗口

对于Qt5：

在Ubuntu 22.04 LTS上，安装qtbase5-dev qtchooser qt5-qmake qtbase5-dev-tools
在其他Ubuntu版本上，安装qt5-default
对于MSVC vcpkg，安装qt5-base（32位）或qt5-base:x64-windows（64位）
对于Homebrew，安装qt5并将qt5添加到路径：echo 'export PATH="/usr/local/opt/qt/bin:$PATH"' >> ~/.bash_profile ` - 此更改在下一个终端会话中生效，因此请在构建之前重新打开终端窗口

多种架构

要同时为多种架构构建nextpnr，可以在-DARCH中使用分号分隔的列表。

mkdir -p build && cd build
cmake .. -DARCH="ice40;ecp5"
make -j$(nproc)
sudo make install

要构建所有可用的稳定架构，使用-DARCH=all。要包含实验性架构（目前是nexus），使用-DARCH=all+alpha。

每个微架构的Himbächel

要为每个支持的微架构构建单个nextpnr-himbachel可执行文件，请使用-DHIMBAECHEL_SPLIT。

mkdir -p build && cd build
cmake .. -DARCH="himbaechel" -DHIMBAECHEL_UARCH="gowin;ng-ultra"
make -j$(nproc)
sudo make install

在此类构建中，不会生成单个nextpnr-himbaechel二进制文件，而是生成两个二进制文件nextpnr-himbaechel-gowin和nextpnr-himbaechel-ng-ultra。虽然它们一起安装，但每个微架构完全独立于其他微架构，并且只需要其对应的.../share/himbaechel/<微架构>/芯片数据库目录即可运行。拆分构建减小了单个分发工件的大小（尽管总大小增加），并允许不同版本的工件共存安装。

交叉编译

除了芯片数据库之外，nextpnr还需要bba工具为构建系统编译。该工具可以作为单独项目编译：

cd bba
cmake .
make

nextpnr nextpnr-0.11