Demo IceZum Alhambra

@javacasm para la OSL

29 de noviembre de 2016

box

Licencia CC

IceZum Alhambra

iceZum Alhambra

Es una placa totalmente libre (Open Hardware) que incluye una FPGA en un formato totalmente compatible con Arduino

Orígenes

Juan Gonzalez (Obijuan)
Eladio Delgado: diseñador y constructor de la placa
Jesús Arroyo: desarrollador del software
En sus inicios fue un proyecto financiado por bq

(Historia)

¿FPGA?

Field Programmable Gate Array

FPGA

¿Qué es una FPGA?

(Del Capítulo 0 de Tutorial de @Obijuan sobre Verilog)

"Las FPGAs son unos chips "en blanco" que nos permiten configurarlos para crear dentro de ellos nuestros propios circuitos digitales. ¡Si! ¡Con las FPGAs estamos creando hardware!

Los circuitos se describen usando un Lenguaje de Descripción de Hardware (HDL) como Verilog o VHDL. A partir de ellos se genera un bitstream que describe las uniones entre los elementos usados.

Llamamos síntesis a todo el proceso que nos lleva desde el diseño en código fuente hasta la configuración de la FPGA. Estas son las fases:

1 Síntesis: La herramienta de síntesis infiere los elementos hardware básicos a partir de su descripción, y obtiene un fichero netlist que describe las uniones entre ellos. Esta fase no depende de la FPGA a usar

2 Emplazado y rutado. Los componentes del netlist se hacen corresponder con los elementos físicos de la FPGA, se determina su colocación y se realiza el rutado. Toda la información de configuración de la FPGA se condensa en el bitstream. Esta fase sí depende del modelo concreto de FPGA que se disponga

¿Para qué se utilizan las FPGAs?

Nos permiten sustituir a muchos circuitos digitales discretos necesarios en dispositivos.

Apple usa FPGAs en su iPhone posiblemente para sustituir a docenas de componentes.

Podemos modificar el comportamiento de una FPGA cambiando su bitstream, por tanto podríamos resolver errores y aportar mejoras a un diseño hardware.

Comparación con un procesador Von Newman

Con una FPGA podemos crear un procesador donde configuremos la cantidad de RAM, la cantidad de I/O, número de UART, incluso modificarlos si es necesarios
Piensa en un programa Arduino que reproduce un sonido. Ahora intenta hacer un programa que reproduzca 2 sonidos a la vez, o tres... con una FPGA basta con copiar+pegar el hardware
Facilitan enórmemente la paralelización del hardware.
Encoder para 1 rueda: programación vía interrupciones, necesitamos 2 entradas con interrupción. Si ahora necesitamos 4....

"Las FPGAs son las impresoras 3D de los circuitos digitales"

Un poco de historia

Hasta hace poco la única forma de trabajar con una FPGA era usando el sortware que proporcionaba el fabricante.

En mayo de 2015 ocurrió un hito histórico: se tuvieron por primera vez todas las herramientas necesarias para generar el bitstream a partir de código en Verilog usando sólo software libre, gracias al proyecto icestorm, liderado por Clifford Wolf. A partir de ese momento,ya tenemos herramientas que pertenecen al patrimonio tecnológico de la humanidad para trabajar con FPGAs, y poder desarrollar hardware usando sólo herramientas de este patrimonio

Actualmente sólo se pueden usar las FPGAs de Lattice de la familia ICE40

Las herramientas del proyecto Icestorm

Las herramientas libres para trabajar con las FPGAs de lattice son las siguientes:

Sintetizador: Yosys (Repo en github) Place & route: Arachne-pnr (en github) Utilidades y descarga en FPGA: Proyecto icestorm

En la siguiente figura se muestran las diferentes herramientas usadas en las etapas, y las extensiones de los archivos que se van generando:

Se parte de los ficheros fuente en verilog (.v). Usando el sintetizador Yosys, se generan los ficheros netlist (.blif). El emplazado y rutado se realiza con arachne-pnr, generándose el bitstream en formato ascii (.txt). Con icepack se crea el bitstream binario (.bin) que finalmente se envía a la FPGA con iceprog

Descripción de la ICEZum Alhambra

iceZum Alhambra

iceZum Alhambra back

FPGA development board (iCE40HX1K-TQ144 from lattice)
Open hardware
Compatible with the opensource icestorm toolchain
Arduino like board: similar pinout than Arduino one / BQ zum.
You can Reuse most of available shields
Control your robots / printbots from an FPGA
12 MHZ MEMS oscillator
ON/OFF switch (turn off your mobile robot easily)
Input power voltage: 6 - 17v
Max input current: 3A (Perfect for powering your robots)
20 Input/output 5v pins
8 Input/Output 3.3V pins
USB micro-B connector for programming the FPGA from the PC (same than zum board)
FTDI 2232H USB device allows FPGA programming and UART interface to a PC
Reset pushbutton
8 general purpose leds (user leds)
2 general purpose pushbuttons
4 analogue inputs though I2C bus

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